Hugo cuenta la historia de un niño huérfano que vive una vida secreta en la estación de tren de Paris. Con la ayuda de una excéntrica chica, busca la respuesta a un misterio. Se trata de un misterio relacionado con el padre que acaba de perder, el malhumorado vendedor de la tienda de juguetes que vive debajo de el y un candado con forma de corazón sin una llave.