大雄在恐龍博物館參加挖掘化石體驗時，偶然發現了一個化石，深信這是個恐龍化石的大雄，使用了哆啦A夢的道具「時光布」讓化石回到原本的狀態……結果竟然孵化了恐龍雙胞胎小Ｑ與小妙！

而且，這兩隻恐龍似乎是從來沒被發現過的新品種。跟大雄一樣有點靠不住的小Ｑ以及個性活潑的小妙，兩隻恐龍雖然個性天差地遠，大雄還是像父母一樣用愛呵護著牠們長大，但是恐龍終究還是無法在現代生存長大。

於是，大雄下定決心要將小Ｑ與小妙帶回屬於牠們的年代，與哆啦A夢跟夥伴們一起前往6600萬年前的白堊紀末期。一場找尋小Ｑ與小妙同伴的大冒險就此展開……靠著哆啦A夢的道具與恐龍們的力量，大雄一行人循著恐龍的足跡來到了一座神祕島嶼。然而，在白堊紀迎接他們的竟是恐龍即將滅絕的命運。小Ｑ與小妙，以及大雄一行人的命運又將會如何……？