Nobita przypadkiem odnajduje skamieniałość przypominającą tajemnicze jajo. Zaciekawiony postanawia za pomocą artefaktów Doraemona przywrócić do życia ukryte w nim stworzenia. Ku jego zaskoczeniu na świat wydostają się dwa niezwykłe dinozaury, zupełnie nowe gatunki, które Nobita nazywa Kyu i Myu. Bohaterowie szybko stają się nierozłącznymi przyjaciółmi, jednak ich pojawienie się w obecnych czasach wywołuje wiele nieoczekiwanych kłopotów. Nobita i jego przyjaciele muszą teraz odbyć pełną przygód podróż do przeszłości, aby odnaleźć miejsce, gdzie Kyu oraz Myu bezpiecznie odnajdą swój dom. Anime jest utrzymane w ciepłym, pełnym humoru i wzruszeń stylu charakterystycznym dla filmów Doraemona. „Nobita no Shinkyouryuu” odkrywa na nowo motyw przyjaźni, odwagi i miłości do przyrody, ukazując widzom cuda świata dinozaurów i wagę odpowiedzialności za własne decyzje.