Nobita menemukan fosil telur dinosaurus secara tidak sengaja, dan dengan bantuan peralatan Doraemon, mereka menetaskan telur tersebut dan mulai membesarkan dinosaurus tersebut. Mengetahui bahwa mereka tidak dapat memelihara dinosaurus itu selamanya, Nobita terpaksa mengirimnya kembali ke masa prasejarah di mana sekelompok pemburu dari masa depan mengancam akan membahayakan dinosaurus. Bertekad untuk menyelamatkan dinosaurus dari cakar para pemburu, Doraemon dan kawan-kawan kembali ke masa lalu dan memulai petualangan prasejarah.