« L’Invention d’Hugo Cabret » est un roman policier pour jeunes adultes de Brian Selznick, raconté à la fois en mots et en images. Le roman tourne autour d’un orphelin de 12 ans, Hugo Cabret, qui vit dans un vieil appartement au-dessus d’une gare à Paris, où il s’occupe chaque jour des 27 horloges de l’immeuble. Il est expliqué que le père d’Hugo a péri dans un incendie avant le début du roman, et c’est l’oncle d’Hugo qui l’a amené à travailler comme apprenti chronométreur à la gare, bien que l’oncle d’Hugo soit également décédé par la suite avant le début du roman. Hugo, de peur d’être mis à la porte, poursuit son travail comme si son oncle était toujours là.
Hugo, comme son père et son oncle, est très doué en mécanique. Hugo a volé des jouets au vieil homme qui tient le stand de jouets à la gare, dans l’espoir d’utiliser les pièces pour réparer un automate que le père d’Hugo avait découvert dans un ancien grenier de musée. Le père d’Hugo lui a expliqué que les automates sont des dispositifs mécaniques conçus pour ressembler à des personnes ou à des animaux, qui remplissent des fonctions spécifiques ou font des tours spécifiques, généralement pour impressionner le public des magiciens. L’automate découvert par le père d’Hugo est conçu pour écrire. Le père et le fils sont très intéressés à réparer et à voir ce que la machine peut écrire, mais le père d’Hugo est mort avant que son travail ne puisse être terminé. Cependant, Hugo garde un cahier de son père avec des observations écrites et des dessins détaillés sur l’automate, dans l’espoir d’achever le travail de son père, et imaginant que son père l’a peut-être changé afin que l’automate énonce un tout nouveau message pour Hugo de son père.
Un jour, le vieil homme surprend Hugo en train de le voler et ordonne à Hugo de vider ses poches. Le vieil homme s’intéresse surtout au cahier, étourdi par son contenu, et ne le rendra pas à Hugo. La filleule du vieil homme, Isabelle, 12 ans, cherche à se lier d’amitié avec Hugo et jure de récupérer le carnet. Le vieil homme, Papa Georges, explique à Hugo qu’il peut récupérer le cahier s’il travaille sur le coût de tous les objets qu’il a volés. Hugo accepte à contrecœur. Cependant, il découvre bientôt qu’il n’a pas besoin du cahier pour réparer l’automate, car il peut le faire lui-même. Il s’aperçoit qu’il manque une chose à l’automate : une clé en forme de cœur qui le mettra en marche. Il découvre qu’Isabelle porte une telle clé sur un collier, et il la lui vole. Plus tard, alors qu’Hugo est sur le point de démarrer l’automate, Isabelle fait irruption et, bien que fâchée, est plus intéressée de voir l’automate fonctionner. Mais plutôt que d’écrire, l’automate dessine une belle image de la lune, et Hugo la reconnaît comme une scène du film préféré de son père. L’automate signe le dessin du nom de Georges Melies – parrain d’Isabelle. Les deux enfants sont stupéfaits.
Hugo se tourne vers un ami plus âgé qu’il rencontre par l’intermédiaire d’Isabelle, Etienne, qui étudie et travaille à l’Académie française du cinéma, pour l’aider à rechercher des films anciens. Hugo emprunte un livre à la bibliothèque de l’Académie, qui révèle que la scène que dessine l’automate est tirée d’un film de Georges. Etienne, et son professeur, René Tabard, vont rendre visite à Georges, ayant cru qu’il était mort des années auparavant. Ils sont ravis qu’il soit encore en vie. Georges avoue à contrecœur la vérité sur son passé : il a commencé à travailler dans l’usine de chaussures de ses parents, a été impressionné par les dispositifs mécaniques qu’elle contenait, a ensuite vendu sa part de l’usine pour devenir magicien et construire des automates, et s’est finalement lancé dans le cinéma. . Pendant tout ce temps, sa femme, Jeanne, a été sa meilleure amie, sa plus proche compagne et sa muse. Pour Georges, le cinéma consistait à créer de la beauté et du rêve. Mais après la Première Guerre mondiale, les choses ont changé pour lui. La concurrence dans l’industrie cinématographique s’intensifie et la mort d’amis proches – les parents d’Isabelle, son père étant caméraman pour Georges – le pousse à tourner le dos à l’industrie cinématographique. Il a brûlé presque tout ce qui concernait son passé, à l’exception de l’automate, qui a été donné à un musée où il a été découvert des années plus tard par le père d’Hugo. Georges est depuis triste et sans but dans la vie.
Six mois plus tard, les choses ont radicalement changé pour Georges et Hugo. Georges et Jeanne ont accueilli Hugo, et grâce à une bourse de l’Académie du cinéma, les choses se sont améliorées. Georges est honoré et célébré pour son travail, et il semble qu’il recommencera à travailler au cinéma. À la fin du roman, il est révélé que tous les mots et dessins contenus dans le livre ont été créés par un automate conçu par Hugo lui-même.