ในปี 1931 ที่ปารีส ฮิวโก้ คาเบรต์ เด็กชายกำพร้าวัย 12 ปี อาศัยอยู่คนเดียวอย่างลับ ๆ ในสถานีรถไฟ Montparnasse โดยทำหน้าที่ดูแลนาฬิกาทั้งหมดของสถานี งานอดิเรกเดียวของเขาคือการซ่อมแซมหุ่นยนต์อัตโนมัติที่พ่อผู้ล่วงลับทิ้งไว้ ซึ่งเขาเชื่อว่าจะมีความลับจากพ่อของเขาซ่อนอยู่ กุญแจในการซ่อมแซมหุ่นยนต์นี้เชื่อมโยงกับ จอร์จส์ เมลิเยส เจ้าของร้านของเล่นที่มีความลับในอดีต และ อิซาเบล หลานสาวของเขา ฮิวโก้ต้องออกผจญภัยเพื่อไขปริศนาของหุ่นยนต์และช่วยฟื้นฟูมรดกที่สำคัญของประวัติศาสตร์ภาพยนตร์