大雄把恐龙展发现的化石带回家，借助哆啦A梦的时光包袱竟然成功孵化出两只从未被发现过的长着翅膀的新恐龙。大雄和小伙伴们决定将小恐龙们带回到属于它们的时代，一场惊心动魄的白垩纪大冒险即将上演。本片是《哆啦A梦》漫画连载50周年纪念作品，同时也是《哆啦A梦》系列电影的第40部作品。全新的故事，全新的大雄，全新的冒险，全新出发！

哆啦A梦与大雄驾驶具有时光跳跃机能的“时光齐柏林飞船”，为了寻找自古以来许多冒险家梦寐以求的亚特兰提斯和龙宫城等每个人都曾想像过的梦幻乌托邦，在空中展开了一场大冒险。

这个大消息让好友阿树与池谷等人兴奋不已，然而拓海本人这个当事者却迟疑不决。面对即将毕业的未来，彷徨的秋季与冬季依然匆匆流过。与皇帝队须藤京一、小柏凯在沙雪与真子堪称是碓冰崖最快的Impact Blue双人组，但真子却因池谷的失约而让心情跌到了谷底。就在此时，帝王队想称霸群马县而先攻下妙义山的消息传到了真子与沙雪的耳中，而且妙义与…

讲述了想念奶奶的大雄乘坐时光机返回过去与奶奶相见，因为奶奶想看到自己的新娘，便跑去找静香求婚所引发的一系列故事。

某天，野比大雄（大原惠美配音）偶然发现了童年时奶奶为自己缝制的玩偶熊，于是央求哆啦A梦（水田山葵配音）去往过去看望已不再人世的奶奶（宫本信子配音），野比大雄与奶奶重逢之后，奶奶提出希望能看到他长大结婚时的样子，野比大雄答应奶奶后与哆啦A梦再一次返回未来。婚礼那天，所有人都到场，但最重要的新郎成年野比大雄（妻夫木聪配音）居…

月球探测器在月亮上捕捉到了白影，大雄认为这道白影是月亮上的兔子，惹来了大家的耻笑，于是哆啦A梦为了帮助大雄，利用道具“异说俱乐部徽章”，在月球背面制造了一个兔子王国。一天，神秘少年露卡转学而来，与大雄和伙伴们一同前往月亮上的月兔王国展开了一场别开生面的浪漫想象力之旅。

在家长重重压力下想要离家出走的大雄、胖虎、小夫和静香，在哆啦A梦的协助下来到了七万年前的地球。在创造属于自己的世外桃源时，他们偶遇神秘少年古古儿，继而被卷入了光明族和黑暗族的部落争斗之中。大家齐心协力智斗巨尊比，不想却发现了一个惊天秘密……

生活在日本东京的野比大雄（大原惠美配音），是一个学习不上进、日常迷迷糊糊并且饱受同学欺负的男孩。他的性格不仅左右着自己的事业和婚姻，还对未来子孙产生莫大的影响。为此，大雄孙子的孙子世修（松本さち配音）带着猫型机器人哆啦A梦（水田山葵配音）乘坐时光机突然来访，期望彻底改变大雄及整个家族的命运。

大雄到恐龙博物馆体验挖掘化石，偶然发现了一个化石，他相信这绝对是恐龙的化石，于是使用哆啦A梦的道具”时间包巾“让化石回归原本的状态……结果诞生了双生的恐龙小咻与小咪！不过，这两只恐龙似乎是之前没被发现过的新种类。跟大雄一样有点靠不住的小咻、还有很活泼的小咪，虽然两只恐龙个性完全不同，但大雄就像父母一样用爱呵护着它们长大…

一天，大雄和静儿、技安被强夫邀到家中参观恐龙化石当然，大雄免不了又被强夫取笑一番。为了要做强夫面前争一口气，大雄夸下海口，恐龙化石没什么了不起，他要让小伙伴们见识一下真正的恐龙！ 奇迹再次发生在大雄身上，他真的找到了一颗活的恐龙蛋！大雄和叮当在家将小恐龙孵化了出来并在公园里暗中饲养。小恐龙比助一天天长大，公园有怪兽的消…