Nobita visita una exposición de dinosaurios con el colegio y encuentra una piedra que parece ser un fósil de un huevo de dinosaurio. Con el pañuelo del tiempo de Doraemon, devuelve el fósil a su estado original y del huevo salen dos dinosaurios mellizos a los que llama Kyu y Myu. Nobita los cría en secreto, pero cuando se hacen más grandes y ya no puede tenerlos en su habitación, Doraemon sugiere que los lleven a su tiempo. Junto con sus amigos, Doraemon y Nobita se embarcan en un viaje al Cretácico donde vivirán una gran aventura en una misteriosa isla de dinosaurios.