陽光明媚的日子裡，大雄、靜香、胖虎和小夫一起去參加恐龍博物展。由於被胖虎和小夫嘲笑，大雄情急之下又再次胡說八道，發誓要找到真正的恐龍給他們看。在兒童考古體驗現場，大雄找到一枚蛋狀石頭，於是他將其當作恐龍蛋化石，寶貝一樣帶回家中，拜託哆啦A夢用時間包袱皮孵化。令人意想不到的是，經過一天一夜孵化，那枚彩色蛋中居然真的鑽出兩隻從沒見過的小恐龍。這兩隻被命名爲小咪和小啾的小傢伙給大雄帶來無限樂趣，可是在現代社會養恐龍又怎會是一件容易的事。萬般無奈之下，好朋友們結伴坐上時光機，把小恐龍們帶回白堊紀時代，而他們的大冒險就此展開…… 本片是《哆啦A夢》漫畫連載50周年紀念作品，同時也是《哆啦A夢》系列電影的第40部作品。