平凡的一天，大雄因与小夫争论恐龙是否还存在而心烦意乱，接着又因为零分试卷面临妈妈的搜查。为了藏匿试卷，大雄和哆啦A梦在后山挖了一个巨大的洞，并和小伙伴们建立了一个地下理想王国。与此同时，小夫多次看到恐龙，甚至在地洞里目睹奔跑的恐龙群，不久后神秘失踪。为了营救小夫，大雄、哆啦A梦、胖虎和静香决定深入地下，意外发现地洞连接着一个奇异的世界，那里不仅有各种恐龙，还有一个神秘的王国。他们受到地下王国的热情接待，并找到小夫，但偶然间得知地下王国正在进行一项神秘的计划。与此同时，银河漂流舰队的成员李昂等人被派到太阳系，无意中将胖虎和小夫带离地球。哆啦A梦与大雄、静香乘坐宇宙救护船追赶，展开了一场跨越宇宙的冒险。