野原新之助和父親廣志一起去看了一場關於機器人的科幻電影，看完電影後父子倆興奮地模仿電影中的合體遊戲，卻不慎導致廣志扭傷了腰。廣志無法忍受妻子美冴的嘮叨，決定去醫院看病，但由於週末醫院休診，父子倆只好到公園休息，卻被一群媽媽們趕了出來。在回家的路上，廣志被一家按摩店的美女招待員吸引，決定進去按摩。然而，按摩店的背後隱藏著一個驚人的秘密：這裡其實是一個名為“機器人爸爸”的組織的據點。組織的首領計劃利用機器人技術控制全球的父母，並將他們改造成無條件服從的機器人。廣志無意間被捲入了這場陰謀，並被改造成了一個機器人爸爸。小新發現父親變得異常冷漠和機械化，決定與朋友們一起展開行動，救出父親並揭露這個邪惡組織的陰謀。最終，在一場激烈的對決中，小新成功喚醒了廣志的人性，並與父親聯手擊敗了組織的首領，恢復了家庭的平靜。