Das Leben des 12-jährigen Hugo ist ein Leben zwischen der Zeit. Denn der Waisenjunge wohnt nicht nur in den Mauern des Pariser Bahnhofs und hält sich auf dem Dachboden hinter einer riesigen Uhr versteckt. Es ist auch seine Aufgabe, regelmäßig durch die großen Hallen zu wandern und dafür zu sorgen, dass alle Zeiger richtig gehen. Seine einzigen Begleiter dabei sind ein Notizbuch und ein kaputter Roboter die einzigen Erinnerungsstücke, die ihm von seinem Vater geblieben sind - bis eines Tages Isabelle in Hugos Leben tritt. (j.b.)
Seit sein Vater (Jude Law), ein talentierter Uhrenmacher, bei einem Brand ums Leben gekommen ist, versteckt sich Hugo auf dem Dachboden hinter einer großen Bahnhofsuhr.
Statt zur Schule zu gehen, muss er die Arbeit seines Onkels übernehmen: Täglich macht er einen Kontrollweg durch die großen Hallen, um alle Bahnhofsuhren in Schuss zu halten und aufzuziehen. Dabei muss er sich vor dem strengen Stationsvorsteher (Sacha Baron Cohen) in Acht nehmen, der keine Chance auslässt, seinem Geheimnis auf die Spur zu kommen. Hugos einzige Erinnerungsstücke an seinen Vater sind ein rätselhaftes Notizbuch und ein kaputter Roboter - eine Art Aufziehfigur - die Hugos Vater vor seinem Tod in seiner Uhrmacherwerkstatt zu reparieren versuchte.
So lebt Hugo zwischen tickenden Uhren und mysteriösen Notizen, bis er eines Tages die neugierige Isabelle (Chloë Grace Moretz) trifft, die sein Leben auf sensationelle Weise verändern wird: Denn sie besitzt einen Schlüssel, der den Roboter zum Leben erwecken kann. Mit Hilfe von Isabelle und ihrem mysteriösen Onkel, dem legendären Filmpionier Georges Méliès (Ben Kingsley), kommt Hugo einem außergewöhnlichen Geheimnis auf die Spur, das sein und das Leben aller Beteiligten auf magische Weise verändern wird ...!