在小原乃梨子的声音中，大雄炫耀自家暴龙足骨化石，渴望找到自己的恐龙化石。于是，他前往图书馆借阅有关恐龙化石的书籍，并在附近断层中发现一枚恐龙蛋壳的化石。借助哆啦A梦（大山羡代）的时光布，将其还原成了一只双叶颈龙，命名为皮助（横泽启子 配音）。很快，他们变得像朋友似的。但是，由于它变大而长大，被人发现，大雄决定将它送回白垩纪时代。可惜的是，他误将皮助送到了上古的北美洲。于是，大雄一行人乘用时光机返回恐龙时代，但途中被神秘人追击，最终使时光机故障，迫使他们必须单独沿着古陆块回到日本。
在长久的冒险中，神秘人物再次出现，是来自未来的违法恐龙猎人（加藤精三 配音），想要获得皮助，以换取将他们回家。大雄面临一个难堪的选择：让皮助被掠夺还是放弃自己家？《大雄的恐龙》是藤子·F·不二雄的科幻漫画《哆啦A梦》中的第一部长篇作品，也是第一部以动画形式改编的《哆啦A梦》电影。
