《雨果》根据绘本《造梦的雨果》改编，作者布莱恩.塞兹尼克读了《爱迪生的夏娃：探索机械生命的魔术史》，书中提到法国电影大师乔治.梅里爱“把机器人捐给了一家博物馆，结果却被冷落在堆杂物的阁楼上，最终被扔掉了”，于是有了这个故事。
片头50秒钟的长镜头，从俯瞰雪花飘舞的巴黎全景，到进入火车站，掠过人群，停留在住在钟楼上的雨果身上。这个镜头一下子把人都热血点燃，像是带入一个电影的梦幻王国。
电影是从孤儿雨果身上来讲述梅里爱的生平。他原来是位魔术师，1895年卢米埃尔兄弟发明了电影，梅里爱在咖啡馆里看到卢米埃尔兄弟放映的《火车进站》后，感到无比奇妙，于是转做电影。他拍了500多部电影，其中最著名的就是《雨果》中反复出现的《月球旅行记》，改编自凡尔纳作品，这也是世界上最早的科幻电影。乔治·梅里爱还是许多电影特技的发现者和最早使用者。但是一战后他感到没有人再要看自己的电影，于是把胶片卖掉，大部分被别人融化掉后做成鞋跟。电影里讲他在巴黎火车站开了家玩具店，这也是属实，只不过真实中的梅里爱开的是露天玩具店。

在片中无数次出现的梅里爱经典电影《月球旅行记》

雨果的父亲是个钟表匠，从博物馆拿回一个出故障的机器人，尝试着把它修好。但一天晚上博物馆发生大火，父亲被烈火吞噬，雨果被酒鬼伯伯带走，他在火车站钟楼上班，负责给钟上发条。雨果会不时从开玩具店的老头那里偷零件，以修好机器人。老头养女伊莎贝尔身上的钥匙，正好能给机器人上发条，这个心形钥匙转动之后，机器人开始写字，画出了一幅画，是子弹射中月球上人头眼睛，落款是乔治梅里爱。这正是梅里爱电影里的一个镜头。他们来到老头家，在箱子里发现大量的画，于是知道他是电影大师梅里爱。很多人以为他死了，其实他只是在一战后隐姓埋名而已。
电影的后半部分，是斯科塞斯对电影的致敬环节。在电影图书馆，雨果和伊莎贝尔追溯电影的起源，从卢米埃尔兄弟最早的《工厂大门》《火车进站》，到梅里爱的《仙女国》，还出现了一长串黑白电影的剪辑画面：巴斯特基顿的《将军号》，让雷诺阿的《卖火柴的小女孩》，格里菲斯的《党同伐异》，罗伯特威恩的《卡里加里博士的小屋》，卓别林的《寻子遇仙记》。那本他们在电影图书馆查阅的书，正是来自电影迷塔巴尔教授的著作，他是梅里爱的粉丝，抢救和修复了梅里爱的80多部电影。
梅里爱夫人是他所有电影的女主角，在他还是魔术师时，两个人就一起在台上合作。片中重现《仙女国》的拍摄过程，还有他的另外三部代表作《一千零一夜》《管弦乐队队员》《魔鬼的恶作剧》。那时候的电影，全是导演手绘的图画，然后一帧一帧搭景拍摄，上色也是使用手绘。
雨果和伊莎贝尔偷偷溜进影院看的电影《最后安全》，是一部经典默片，男主角哈罗德劳埃德是上世纪20年代美国著名喜剧演员。雨果悬挂在钟楼大钟上的一幕，正是来自这部电影。
雨果数次在梦中梦到自己眼前过来飞驰的列车，蒸汽火车为了避开他，撞上月台，撞破玻璃，飞跃出大楼，也是向《火车进站》的经典画面致敬。
电影中的书店，是模仿了法国左岸的莎士比亚书店，也是有只黄色猫咪，还有出现《罗宾汉》等几部经典著作。
梅里爱的经典镜头，被子弹射中人像月球右眼的那一幕，在片中反复出现，这也是梅里爱对电影的理解，“电影能捕捉我们的梦境”。它是人类的造梦机器。
巴黎火车站的一幕幕，是电影里最有生活气息的画面。里面有各种各样的人，他们热爱生活，性格各异，养狗的妇人，胖子弗兰克其实是喜欢她的，但老是被狗给吓回去。巡警样子非常凶暴，却暗恋卖花女，他的腿在战争中受伤，按上了假肢，看起来凶残，但只是为了伪装自己，最后他也被卖花女的温柔所改变。书店老板拉比斯把《罗宾汉》送给雨果，只因这是他对父亲的一种纪念。梅里爱最后感谢雨果，让自己重新恢复对电影的热爱。而小雨果也找到了家，这个家是有双重含义的，既是真正的家，也是电影的家，雨果就是斯科塞斯童年经历的一种投射。
雨果在修复好机器人的时候，也修复了梅里爱的心。这正是电影要表达的双重拯救。