阳光明媚的日子里，大雄、静香、胖虎和小夫一起去参加恐龙博物展。由于被胖虎和小夫嘲笑，大雄情急之下又再次胡说八道，发誓要找到真正的恐龙给他们看。在儿童考古体验现场，大雄找到一枚蛋状石头，于是他将其当作恐龙蛋化石，宝贝一样带回家中，拜托哆啦A梦用时间包袱皮孵化。令人意想不到的是，经过一天一夜孵化，那枚彩色蛋中居然真的钻出两只从没见过的小恐龙。这两只被命名为小咪和小啾的小家伙给大雄带来无限乐趣，可是在现代社会养恐龙又怎会是一件容易的事。万般无奈之下，好朋友们结伴坐上时光机，把小恐龙们带回白垩纪时代，而他们的大冒险就此展开……
　　本片是《哆啦A梦》漫画连载50周年纪念作品，同时也是《哆啦A梦》系列电影的第40部作品。