เรื่องราวเริ่มต้นเมื่อโนบิตะกำลังพยายามทำงานศิลปะที่เป็นการบ้านภาคฤดูร้อน แต่รู้สึกขาดความมั่นใจในฝีมือตัวเอง ในขณะเดียวกันก็มีข่าวใหญ่เกี่ยวกับการค้นพบภาพวาดมูลค่านับพันล้านเยน วันหนึ่ง เศษกระดาษภาพวาดชิ้นหนึ่งได้ตกลงมาตรงหน้าโนบิตะ

โดราเอมอนและเพื่อน ๆ จึงใช้ของวิเศษ “ไฟฉายเข้าสู่ภาพวาด (Art Access Light)” เข้าไปผจญภัยในภาพวาด และได้พบกับเด็กสาวลึกลับที่ชื่อ แคลร์ (Claire) ตามคำขอของแคลร์ โดราเอมอนและเพื่อน ๆ มุ่งหน้าไปยัง อาณาจักรอาโทเรีย (Principality of Artoria) ซึ่งเป็นโลกในยุคยุโรปกลางที่ปรากฏอยู่ในภาพวาดที่เป็นข่าวใหญ่ ที่นั่นมีตำนานเล่าขานถึงอัญมณีลึกลับที่เรียกว่า “อาโทเรียบลู (Artoria Blue)” แต่ขณะที่พวกเขาค้นหาความลับของอัญมณีนี้ ตำนานโบราณเกี่ยวกับ “การทำลายล้างโลก” ของอาณาจักรก็ถูกปลุกให้ตื่นขึ้น ทำให้พวกเขาทุกคนต้องเผชิญกับอันตรายครั้งใหญ่ในการกอบกู้โลกแห่งศิลปะนี้