Il film racconta, attraverso la storia romanzata di Hugo Cabret e del suo automa, la riscoperta ed il riconoscimento dell'opera (reale) del pioniere dellacinematografiaGeorges Méliès.
Neglianni trenta, Hugo Cabret è un orfano di dodici anni che vive nascosto in una stazione ferroviaria aParigi. Hugo aveva perso la madre da piccolo e viveva con il padre, un orologiaio morto a causa di un incendio avvenuto al museo dove lavorava. Rimasto inizialmente a vivere con lo zio Claude, manutentore degli orologi della stazione, il ragazzo, per sopravvivere, si è ritrovato costretto a mettere in atto continui furti e sotterfugi ed a diventare egli stesso manutentore degli orologi (in quanto lo zio, dopo avergli insegnato a manovrare gli orologi, lo ha abbandonato) e riparatore di ogni sorta di congegni e meccanismi. Di suo padre gli è rimasta la passione per ilcinema e unautoma meccanico che il padre aveva trovato nel museo e che aveva tentato di riparare (avendo visto che aveva un pennino in mano e credendo quindi che potesse scrivere), sfuggito all'incendio. Per sua sfortuna, alla stazione ferroviaria vive anche Gustav, un reduce dellagrande guerra e ispettore ferroviario, responsabile della sicurezza pubblica nella stazione, che arresta e fa imprigionare senza pietà chiunque sorprenda a compiere anche il più piccolo gesto illecito, tra cui anche diversi bambini, monelli e orfani che, vivendo di espedienti, cercano di sottrarsi all'orfanotrofio.
Hugo instaura così un rapporto speciale con l'automa, una relazione dai risvolti misteriosi, e con Isabelle, una ragazzina adottata dal proprietario del chiosco di giocattoli della stazione, l'anzianoGeorges Méliès, a cui Hugo ha rubato molti pezzi meccanici per riparare l'automa, venendo infine scoperto dall'uomo e costretto a lavorare per lui. In realtà l'automa è stato costruito proprio da “papà Georges” (in quanto, una volta riparato ed azionato, non scrive ma disegna un'immagine di un film di Méliès e firma il disegno con il nome dell'uomo), che grazie alle ricerche effettuate dai due ragazzi si rivelerà essere stato il più famoso e importante regista dell'anteguerra, inventore delle più strabilianti tecniche cinematografiche, al confine tra il sogno e la magia. Méliès ha abbandonato l'attività cinematografica proprio a seguito dello scoppio del conflitto, evento che lo ha indotto a far distruggere le sue pellicole, a comprare il chiosco dei giocattoli con il denaro guadagnato ed a ritirarsi a vita privata, venendo creduto morto da tutti.
Durante la prima fuga di Hugo dall'ispettore ferroviario Gustav, nella confusione della gente tra i tavolini, si vede il pittorespagnoloSalvador Dalí che mostra un suo disegno allo scrittoreirlandeseJames Joyce. Nella stessa scena poi compare un chitarrista sosia del jazzistamanouchefranceseDjango Reinhardt.
Quando Hugo e Isabelle entrano in un cinema di Parigi per assistere di nascosto alla visione di un film, viene proiettatoPreferisco l'ascensore!, film che contiene la celebre scena in cui l'attoreHarold Lloyd, arrampicatosi su un grattacielo, resta appeso alla lancetta di un orologio, dando l'impressione di dover cadere da un momento all'altro. Probabilmente questa scena ha ispirato quella del film di Scorsese in cui Hugo si appende alla lancetta dell'enorme orologio della stazione ferroviaria.
Il film contiene anche un riferimento all'incidente ferroviario della stazione di Parigi Montparnasse, avvenuto nel 1895, quando Hugo sogna di raccogliere sui binari la chiave a forma di cuore essenziale al funzionamento dell'automa un attimo prima che un treno in arrivo a grande velocità rischi di investirlo.
Il dizionario di cinemaIl Mereghetti assegna al film tre stellette e mezzo su quattro. Invece il criticoRoger Ebert gli ha assegnato 4 stelle su 4, definendolo il film più personale di Martin Scorsese.
