Xêkô đem khoe bộ sưu tập về các hóa thạch khủng long với bạn bè, ghen tị với Xêkô, Nôbita mượn Đôrêmon một số bảo bối để tự mình tìm… hóa thạch trứng khủng long thời tiền sử! Và cuối cùng cậu cũng đã tìm được trứng của loài khủng long Mamenchisaurus. Nhờ “khăn trùm thời gian”, Chú khủng long đã được ra đời và Nôbita đã nuôi nó đến lúc lớn. Khi đã quá lớn, Nôbita cảm thấy không thể giữ mãi Pisu (tên chú khủng long) bên mình, nên đành đưa nó về quá khứ, thời kỳ của khủng long để sinh sống.

Trên đường đi, họ gặp một nhóm tợ săn chuyên săn bắn khủng long trái phép từ tương lai và chúng muốn có được Pisu để đưa nó vào bộ sưu tập của tay tỉ phú Donald. Tuy với nhiều cố gắng, họ gặp không ít khó khăn trong việc bảo vệ Pisu cũng như không để bọn thợ săn kia hành hạ những chú con khủng long vô tội, liệu họ có đưa được Pisu về Nhật Bản và trở về nhà an toàn khi cỗ máy thời gian đã hỏng?