哆啦A梦与大雄驾驶具有时光跳跃机能的“时光齐柏林飞船”，为了寻找自古以来许多冒险家梦寐以求的亚特兰提斯和龙宫城等每个人都曾想像过的梦幻乌托邦，在空中展开了一场大冒险。

大雄把恐龙展发现的化石带回家，借助哆啦A梦的时光包袱竟然成功孵化出两只从未被发现过的长着翅膀的新恐龙。大雄和小伙伴们决定将小恐龙们带回到属于它们的时代，一场惊心动魄的白垩纪大冒险即将上演。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。全新的故事，全新的大雄，全新的冒险，全新出发！

大雄有一天打开自己的课桌，一只猫型机器人突然从抽屉里跳了出来，而这就是哆啦A梦。它是由大雄的后代从22世纪里给送来的，目的是帮助大雄解决许多他暂时无法解决的问题，并且尽可能地满足大雄的愿望。