Nobita menemukan fosil telur dinosaurus secara tidak sengaja, dan dengan bantuan alat Doraemon, mereka menetas telur dan mulai menaikkan dinosaurus. Mengetahui bahwa mereka tidak dapat menjaga dinosaurus selamanya, Nobita terpaksa mengirimkannya kembali ke masa prasejarah di mana sekelompok pemburu dari masa depan mengancam untuk membahayakan dinosaurus. Bertekad untuk menyelamatkan dinosaurus dari cakar para pemburu, Doraemon dan geng kembali ke masa lalu dan memulai petualangan prasejarah.