Paris, 1931. Den 12-årige forældreløse Hugo Cabret bor på banegården og passer i ubemærkethed stationens urvækrer. Hugo forsøger at reparere en mekanisk dukke, som hans far efterlod sig og rapser reservedele fra bl.a. legetøjssælgeren Papa Georges. Men Georges er mere end legetøjssælger og sammen med pigen Isabelle hvirvles Hugo ind i historien om en af filmhistoriens pionerer, Georges Méliès