のび太（た）が恐竜博（きょうりゅうはく）の化石（かせき）発掘（はっくつ）体験（たいけん）で見（み）つけた1つの化石（かせき）。絶対（ぜったい）に恐竜（きょうりゅう）のたまごだ！ と信（しん）じたのび太（た）が、ドラえもんのひみつ道具（どうぐ）“タイムふろしき”で化石（かせき）を元（もと）の状態（じょうたい）に戻（もど）すと…生（う）まれたのは双子（ふたご）の恐竜（きょうりゅう）！ しかも、未発見（みはっけん）の新種（しんしゅ）だった。

のび太（た）に似（に）てちょっと頼（たよ）りないキューと、おてんばなミュー。個性（こせい）の違（ちが）いに苦労（くろう）しながら、親（おや）のように愛情（あいじょう）たっぷりに育（そだ）てるのび太（た）だったが、やがて2匹（ひき）が現代（げんだい）で生（い）きていくには限界（げんかい）がきてしまう。

キューとミューを元（もと）の時代（じだい）に返（かえ）すことを決心（けっしん）したのび太（た）は、ドラえもんや仲間（なかま）たちと共（とも）に6600万年（まんねん）前（まえ）へと出発（しゅっぱつ）！ キューやミューの仲間（なかま）の恐竜（きょうりゅう）たちを探（さが）す旅（たび）がはじまった。

ドラえもんのひみつ道具（どうぐ）や恐竜（きょうりゅう）たちの力（ちから）も借（か）りながら、恐竜（きょうりゅう）の足跡（あしあと）を追（お）って進（すす）むのび太（た）たちが辿󠄀（たど）り着（つ）いたのは謎（なぞ）の島（しま）。恐竜（きょうりゅう）が絶滅（ぜつめつ）したとされる白亜紀（はくあき）で待（ま）ち受（う）ける、キューとミュー、そしてのび太（た）たちの運命（うんめい）とは──!?