Hitomi, Rui và Ai là chị em siêu trộm mèo. Họ đánh cắp một bức tranh từ một bảo tàng vào khoảng thời gian Lupin đệ tam xuất hiện để tự mình đánh cắp một bức tranh khác. Cả hai bức tranh đều là một phần trong loạt tranh của Michael Heinz có tựa đề Cô gái và những đóa hoa
kể về Nobita tìm thấy một con khủng long hóa thạch trứng một cách tình cờ, và với sự giúp đỡ của các công cụ của Doraemon, họ nở trứng và bắt đầu nuôi loài khủng long. Biết rằng họ không thể giữ mãi mãi khủng long, Nôbita đã buộc phải gửi nó trở lại thời tiền sử, nơi một nhóm thợ săn đến từ tương lai đe dọa gây nguy hiểm cho các loài khủng long.
Tên ác quỷ Maltazard với mưu đồ biến thành người thật, giờ đây đang tạo một đạo quân khủng khiếp nhằm thống trị thế giới. Hắn lừa Arthur vào thế giới của người tí hon. Để ngăn chặn âm mưu của Maltazard, Arthur phải nhờ đến sự giúp đỡ của những người bạn Selenia, Betameche. Arthuer buộc phải trở lại hình dáng con người trước khi quá muộn.
Câu chuyện bắt đầu từ khi cậu bé Nobita ham học hỏi về loài động vật thời tiền sử nên đã nhờ Doraemon tìm hiểu. Thế là ba người bạn Doraemon, Dorami và Nobita đã dùng vòng thời gian và cây gậy bám dính để bắt những động vật thời cổ đại xa xưa đã tuyệt chủng lâu để về nghiên cứu. Một lúc sau thì bất ngờ dính được con đà điểu cổ đại khổng lồ và gây cho ba người sự hoảng hốt, Nobita thì khiếp sợ.
Trong Movie 4 này ta sẽ tiếp tục với Xích Tộc, được gặp gỡ Saruhiko và Misaki thời niên thiếu, hoà chung vào cuộc phiêu lưu của hai người. Hé lộ thêm cuộc sống tẻ nhạt trước khi hai người biết về sự tồn tại của các vị Vương và về bố mẹ của Saruhiko.