Câu chuyện diễn ra khi Nobita, cậu bé thích loài thú nhưng đang phải sống cùng với chứng cận thị, đã tìm đến Doraemon để nhờ giúp đỡ. Nobita muốn khám phá về các loài động vật sống cách đây hàng triệu năm. Nhờ vào những bảo bối vi diệu của chú mèo máy, nhóm bạn nhỏ nhanh chóng quay ngược về quá khứ, trở về thời kỳ tiền sử để tìm kiếm những loài vật quý giá đang đứng trước nguy cơ tuyệt chủng.
