ศตวรรษ 30 ยุคที่ภาพยนตร์ยังเฟื่องฟู อูโก้ คาเบรต์ (เอซา บัตเตอร์ฟีลด์) เด็กชายอาศัยอยู่กับพ่อ (จู๊ด ลอว์) ช่างซ่อมนาฬิกาชื่อดังแห่งปารีส ทั้งคู่ได้ใช้เวลาชมภาพยนตร์ที่ชื่นชอบ ฌอร์ฌ เมลิเยส์ (เบน คิงสลีย์) แต่เมื่อพ่อของอูโก้เสียชีวิตไป ชีวิตของอูโก้ก็เปลี่ยนไป ใช้ชีวิตอย่างลับๆ ด้วยการอาศัยอยู่ระหว่างกำแพงสถานีรถไฟ ของชิ้นสุดท้ายที่พ่อให้กับอูโก้คือหุ่นยนต์หนึ่งตัว อูโก้พยายามซ่อมมันเพื่อให้รู้ว่าพ่อทิ้งความลับอะไรไว้ แต่ไม่ง่ายอย่างที่คิดเมื่ออูโก้โดนเจ้าของร้านของเล่นจับได้ว่ากำลังขโมยของที่จะนำมาซ่อม ความโชคร้ายของเด็กกำพร้ายังมีความโชคดีเหลืออยู่ หลังจากนั้นทำให้อูโก้รู้จักอิสซาเบล (โคลอี มอเรตซ์) หลานสาวเจ้าของร้านวัยเดียวกัน มิตรภาพเกิดขึ้นเมื่อทั้งสองรู้จักกัน พร้อมกับเรื่องราวผจญภัยในยุคหลังสงครามที่คนเลิกสนใจภาพยนตร์ แต่ทั้งสองจะคนนำมาเฟื่องฟูอีกครั้ง[1]