這是機器貓與它的朋友們滿載愛和友情的大冒險故事。為了在自夸為“霸王龍”的小夫面前爭一口氣，大雄喊出了“有朝一日，我發掘一顆真正的恐龍化石給你看”的宣言。回到家的大雄，卻被好朋友機器貓灰溜溜地罵了一頓：“你這輕浮的人，不是自討苦吃嗎？”于是，大雄硬著頭皮去兌現這個不可能完成的任務：開始了漫長而艱苦的尋找。

奇跡，是世界的美麗所在。一天，大雄真的找到了夢寐以求的恐龍蛋。按照書上教的方法，大雄孵化出了一只可愛的小恐龍，并為之取名：比助。

大雄和機器貓瞞著爸爸媽媽在家里秘密地培育恐龍。可隨著恐龍一天天地長大，窄小的房間已經容納不下它那龐大的身軀。無奈之下，大雄只好把它轉移到附近公園的水池里。

而調皮搗蛋的小夫和伙伴們很快就發現了恐龍的蹤跡，大吵大鬧著要把其公諸于世……公園里有怪獸的消息傳遍了日本。為了讓比助過回正常的生活，大伙經過考慮，決定帶比助回到一億年前的白堊紀。大雄和機器貓試圖借助時空穿梭機把比助送回遠古的白堊紀，但卻想不到惹來了一個戴黑面罩的神秘人想要來爭奪比助。

為了搭救小恐龍，將他帶回日本，大雄、機器貓以及靜香、胖虎、小夫一行人乘坐時光機再次前往白堊紀，可他們的前路將有許多的危險等待著……