小夫（肝付兼太 配音）炫耀自己家的暴龍趾骨化石。大雄（小原乃梨子 配音）眼紅并信口開河表要找大整架恐龍化石，否則便用鼻子吃意大利粉。于是，他便前往圖書館借了些有關恐龍化石的書籍。后來他在附近的斷層挖到一枚恐龍蛋的化石，借了哆啦A夢（大山羨代 配音）的時光布還原得到一只雙葉頸龍，并以叫聲將之命名為皮助（橫澤啟子 配音）。很快大雄和它成為好朋友，但因它越長越大且被人發現，故大雄決定將他送回白堊紀時代。可是，后來卻發現將它錯送到上古的北美洲。于是，大雄一行人乘時光機再次回到恐龍時代，但途中被欲搶皮助的神秘人追擊，時光機因而故障，使大家必須靠自己沿著古陸塊回到日本。經過長時間的冒險，神秘人物再度出現希望獲得皮助，原來是他來自未來的違法恐龍獵人（加藤精三 配音），要獲得皮助賣錢，要大雄一行以交出皮助為條件，換取將他們用時光機送回家，大雄將會如何取舍，回到自己家...