โนบิตะบังเอิญพบฟอสซิลไข่ไดโนเสาร์และใช้ “ผ้าคลุมกาลเวลา” ทำให้มันฟักตัวออกมาเป็นไดโนเสาร์ฝาแฝดสายพันธุ์ใหม่ที่ไม่มีบันทึกไว้ในประวัติศาสตร์ เขาตั้งชื่อพวกมันว่า “คิว” และ “มิว” แต่เมื่อพวกมันเริ่มเติบโตจนโลกปัจจุบันไม่สามารถรองรับได้ โดราเอมอนและผองเพื่อนจึงต้องพาทั้งคู่ย้อนเวลากลับไปยังยุคครีเทเชียสเพื่อตามหาฝูงที่แท้จริง ท่ามกลางวิกฤตการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่กำลังใกล้เข้ามา พวกเขาต้องช่วยให้คิว ไดโนเสาร์ที่บินไม่ได้ ฝึกบินให้สำเร็จเพื่อเอาชีวิตรอด