ในงานนิทรรศการไดโนเสาร์ โนบิตะได้พบกับฟอสซิลชิ้นหนึ่ง และเชื่อว่าต้องเป็นไข่ไดโนเสาร์อย่างแน่นอน! โนบิตะจึงได้ใช้ผ้าคลุมกาลเวลาเพื่อทำให้ฟอสซิลนี้กลับไปสู่ยุคของไดโนเสาร์ และในที่สุด ไดโนเสาร์ฝาแฝดได้ถือกำเนิดขึ้น! ยิ่งไปกว่านั้นยังเป็นสายพันธุ์ที่ไม่เคยถูกค้นพบมาก่อน... คิวไดโนเสาร์ตัวผู้ที่ดูไม่เอาไหน กับ มิว ไดโนเสาร์ตัวเมียที่คล่องแคล่ว โนบิตะเลี้ยงดูทั้งสองตัวด้วยความรักเหมือนพ่อแม่ แต่ในที่สุดทั้ง 2 ตัวก็ไม่สามารถจะดำรงชีวิตอยู่ในยุคปัจจุบันได้ โนบิตะจึงตัดสินใจที่จะพาคิวและมิวกับตัวยุคยุคครีเทเชียสเมื่อ 66 ล้านปีก่อน พร้อมกับโดราเอมอนและผองเพื่อน! การออกเดินทางตามหาเพื่อนของคิวและมิวได้เริ่มต้นขึ้นแล้วด้วยความช่วยเหลือของโดราเอมอนและผองเพื่อนทั้งหมดเดินตามรอยไดโนเสาร์จนมาถึงเกาะลึกลับแห่งหนึ่งแต่ทว่าชะตากรรมของคิว,มิว และโนบิตะที่กำลังรออยู่ในยุคครีเทเชียสจะเป็นอย่างไร เมื่อกลุ่มไดโนเสาร์ใกล้ถึงวันสูญพันธุ์