เรื่องราวของโนบิตะกับไดโนเสาร์ตัวใหม่คู่แฝดสีเขียวและสีชมพู่ ซึ่งทั้งสองตัวมีปีกบินได้ด้วย โนบิตะ โดราเอม่อน และผองเพื่อน พากันกลับไปยังยุคไดโนเสาร์เพื่อผจญภัย รวมถึงช่วยเหลือไดโนเสาร์ให้รอดพ้นจากยุคแห่งการทำลายล้างโลกและภัยอุกกาบาต ทั้งนี้ก่อนหน้านี้ โดราเอม่อน เดอะมูฟวี่ เคยสร้างเรื่องราวเกี่ยวกับไดโนเสาร์มาแล้วหลายครั้ง ซึ่งตอนที่แฟนหนังประทับใจมากที่สุดก็คือตอนไดโนเสาร์ของโนบิตะที่ชื่อพีสุเกะ ที่ตอนท้ายทั้งสองต้องแยกจากกัน