恐竜博の化石発掘で見つけた化石を恐竜のたまごだと信じたのび太が、タイムふろしきで化石を元の状態に戻すと…生まれたのは双子の恐竜だった！しかも、未発見の新種だ。のび太に似て、頼りないキューと、おてんばなミュー。個性の違いに苦労しながら、親のように愛情たっぷりに育てるのび太だったが、２匹が現代で生きていくには限界が来てしまう。キューとミューを元の時代に返すことを決心したのび太は、ドラえもんや仲間たちとともに６６００万年前へと出発する。