Nobita secara tidak sengaja menemukan telur dinosaurus yang telah menjadi fosil, dan dengan bantuan alat-alat Doraemon, mereka menetaskan telur tersebut dan mulai merawat dinosaurus itu. Mengetahui bahwa mereka tidak bisa mempertahankan dinosaurus itu selamanya, Nobita terpaksa mengembalikannya ke zaman prasejarah, di mana sekelompok pemburu dari masa depan mengancam akan membahayakan dinosaurus-dinosaurus tersebut. Bertekad untuk menyelamatkan dinosaurus dari cengkeraman para pemburu, Doraemon dan kawan-kawan kembali ke masa lalu dan memulai petualangan prasejarah.