Elokuvan tarina sijoittuu 1930-luvun alun Pariisiin, jossa Hugo asuu kelloseppänä työskentelevän isänsä kanssa. Kun isä kuolee museon tulipalossa, Hugo joutuu viinaanmenevän setänsä huostaan, joka määrää hänet tekemään itselleen kuuluvan työn eli huolehtimaan aseman kelloista. Hugo oppi jo isältään taidon korjata erilaisia laitteita, niinpä hän oppii myös setänsä työn nopeasti ja kellot pysyvät hyvin ajassa. Pian juoppo setä kuitenkin katoaa omille teilleen ja Hugosta tulee Montparnassen rautatieasemalla piilotteleva orpopoika.