วันหนึ่ง "โนบิตะ" เด็กชายชั้นประถมได้ขุดพบฟอสซิลและมั่นใจว่าจะต้องเป็นไข่ไดโนเสาร์ จึงใช้ผ้าคลุมกาลเวลาของ "โดราเอมอน" หุ่นยนตร์แมวผู้มาจากอนาคต ฟักไข่ออกมาเป็นไดโนเสาร์สองตัวที่เป็นสายพันธุ์ใหม่เสียด้วย โนบิตะและเพื่อนๆ ต้องออกผจญภัยในโลกเมื่อ 6,600 ล้านปีก่อน เพื่อนำไดโนเสาร์ทั้งสองกลับคืนสู่ยุคเดิม และร่วมออกตามหาเพื่อนๆ ไดโนเสาร์ให้กับทั้งสองตัว