Hugo é um garoto de 12 anos que vive em uma estação de trem em Paris no começo do século 20. Seu pai, um relojoeiro que trabalhava em um museu, morre momentos depois de mostrar a Hugo a sua última descoberta: um autômato, sentado numa escrivaninha, com uma caneta na mão, aguardando para escrever uma importante mensagem. O problema é que o menino não consegue ligar o autômato, nem resolver o mistério.