Nobita trouve un œuf fossilisé par accident, et avec l'aide des outils de Doraemon, ils éclosent l'œuf et commencent à élever le dinosaure. Sachant qu'ils ne peuvent pas garder le dinosaure pour toujours, Nobita a été forcé de le renvoyer à l'époque préhistorique où un groupe de chasseurs de l'avenir menace de mettre en danger les dinosaures. Déterminé à sauver les dinosaures des griffes des chasseurs, Doraemon et le gang retournent dans le passé et se lancent dans une aventure préhistorique.