故事开始于1964年，詹姆斯（艾米·汉莫 Armie Hammer 饰）是一名艺术评论家，一天，他来到了著名艺术家贾科梅蒂（杰弗里·拉什 Geoffrey Rush 饰）正在巴黎进行的个人展览，让詹姆斯没有想到的是，自己竟然有幸遇到了贾科梅蒂本人，不仅如此，贾科梅蒂还要请他前往自己的画室，做他的模特。 就这样，詹姆斯开始了和这位传奇艺术家的零距离接触。在拥挤而又狭窄的画室里，詹姆斯亲眼目睹了过人的天赋带给贾科梅蒂的预约以及痛苦。在画詹姆斯的肖像画时，贾科梅...

托马斯（约翰·海斯勒 John Hasler 配音）想要参加了不起的火车比赛，然而，他的这一决定却遭到了其他火车头们的嘲笑。他们觉得托马斯太普通了，根本比不过那些高大威猛或者漂亮可爱的火车头们。为了在比赛中胜出，托马斯决定来一番自我改造。他想要通过改变身心来获得更快的速度，然而这一计划最终以失败告终。之后，托马斯又开始在装饰上花心思，企图靠外表取胜，但这显然并不是他的风格。经历了一连串的挫折后，托马斯终于明白，只有坚持自我树立自信，才能够表现出他最好的一面...

小男孩雨果（阿沙·巴特菲尔德 Asa Butterfield 饰）天生机械控。他寄宿巴黎火车站钟楼，偶尔会去玩具店偷些零件，用来修补父亲（裘德·洛 Jude Law 饰）留下的机器人。一次行窃，他被店主乔治•梅里埃（本·金斯利 Ben Kingsley 饰）当场抓获，因 忌惮带猎狗的巡j（萨莎·拜伦·科恩 Sacha Baron Cohen 饰）只得就范。乔治拿走了雨果父亲的遗物