"La invención de Hugo" cuenta la historia de un niño huérfano que vive una vida secreta en la estación de tren de París. 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 él y un candado con forma de corazón sin una llave.