这是机器猫与它的朋友们满载爱和友情的大冒险故事。为了在自夸为“霸王龙”的小夫面前争一口气，大雄喊出了“有朝一日，我发掘一颗真正的恐龙化石给你看”的宣言。回到家的大雄，却被好朋友机器猫灰溜溜地骂了一顿：“你这轻浮的人，不是自讨苦吃吗？”于是，大雄硬着头皮去兑现这个不可能完成的任务：开始了漫长而艰苦的寻找。

奇迹，是世界的美丽所在。一天，大雄真的找到了梦寐以求的恐龙蛋。按照书上教的方法，大雄孵化出了一只可爱的小恐龙，并为之取名：比助。

大雄和机器猫瞒着爸爸妈妈在家里秘密地培育恐龙。可随着恐龙一天天地长大，窄小的房间已经容纳不下它那庞大的身躯。无奈之下，大雄只好把它转移到附近公园的水池里。

而调皮捣蛋的小夫和伙伴们很快就发现了恐龙的踪迹，大吵大闹着要把其公诸于世……公园里有怪兽的消息传遍了日本。为了让比助过回正常的生活，大伙经过考虑，决定带比助回到一亿年前的白垩纪。大雄和机器猫试图借助时空穿梭机把比助送回远古的白垩纪，但却想不到惹来了一个戴黑面罩的神秘人想要来争夺比助。

为了搭救小恐龙，将他带回日本，大雄、机器猫以及静香、胖虎、小夫一行人乘坐时光机再次前往白垩纪，可他们的前路将有许多的危险等待着……