เรื่องราวเริ่มขึ้นเมื่อโนบิตะพยายามหาที่ซ่อนคะแนนสอบ 0 คะแนน จนบังเอิญไปพบกับโพรงถ้ำใต้ดินขนาดมหึมาที่เชื่อมต่อไปยังโลกใต้พิภพ ซึ่งเป็นที่อยู่อาศัยของเหล่าไดโนเสาร์ที่หลงเหลือจากการสูญพันธุ์และมีวิวัฒนาการจนกลายเป็น “ชาวใต้พิภพ” ที่มีอารยธรรมและมีอัศวินไดโนเสาร์คอยคุ้มกัน แต่ทว่าพวกเขามีแผนการที่จะกลับขึ้นมายึดครองพื้นโลกจากมนุษย์ โดราเอมอนและเพื่อนๆ จึงต้องพยายามหาทางยุติความเข้าใจผิดและปกป้องทั้งสองโลกให้สงบสุข