天空大冒险，出发！哆啦A梦与大雄驾驶着具有时光跳跃机能的“时光齐柏林飞艇”，为了寻找⾃古以来许多冒险家梦寐以求的亚特兰提斯和⻰宫城等每个人都曾想象过的梦幻之地，在空中展开了⼀场⼤冒险......

平凡的一天，出木杉君带来了《乌托邦》这本小说，为同学们讲述理想国的故事。那个没有考试和学校的国度，深深吸引着吊车尾的大雄。偶然机缘，大雄在后山看到了一个新月形状的悬浮物停在空中，随后很快消失。这个发现让他无比兴奋，于是认定这就是传说中的乌托邦。他拜托哆啦A梦寻找历史上的相关报道，随后又买来时空穿梭飞艇，和胖虎、小夫、静香前往新闻中各个时代的目击点寻找新月形悬浮物。但是大多数发现都是自然现象或者人工产物，似乎天空的乌托邦真的就只是一个传说。 直到某天，那个悬浮物再度出现，引领少年们开启一段全新的冒险……

因为玩具机器人，大雄（小原乃梨子 配音）受到小夫（肝付兼太 配音）和胖虎（立壁和也 配音）的奚落，连哆啦A梦（大山のぶ代 配音）不愿帮他。为了寻找生气走掉的哆啦A梦，大雄通过任意门来到寒冷的北极，却在这里发现奇怪的机器人零件。在此之后，各式的零件源源不断从空中掉落至大雄的家中。由于零件过于巨大，为了不引起骚动，两个好友将机器运到镜面世界，并组装成巨大的机器人。他们兴奋地邀请静香（野村道子 配音）来镜面世界玩耍，偶然间发现机器人竟然装备有威力强大的武器。不久，一个名为莉露露（山本百合子 配音）的女孩出现在小镇上，她自称是机器人的主人。大雄他们热心地将镜面世界工具借给莉露露，却发现她在那里建立了毁灭地球的基地……

小風在偶然的机会下认识了大雄，并被大雄收留成为好朋友。大雄、哆啦A梦和带小風无意间闯进了风之村，这里的人都是利用风从事所有的事情。此时，被封印已久善于利用风做坏事的岚族邪恶族长乌兰达被唤醒过来，竟然想重新利用怪物馬風卡征服世界，可爱的小風竟然是怪物馬風卡的一部分，为了拯救世界及小風，大雄及哆啦A梦将要一起经历一个不可思议的旅程。

大雄在睡梦中通过粉红色的雾走进一个动物王国，里面人人和平相处，科技发达，是真正的乌托邦！原来动物王国是在遥远的星球，而粉红色之雾是来自未来世界的随意气，是可以用来通往遥远的地方！哆啦A梦回到地球后，收到未来动物星球的求救消息，但随意气已经用完，他们该怎么办呢？ 　在这个绿色的动物星球上，都是些爱好和平的动物们。但和动物星的平行星中，却住着贪婪的人类。于是战争又开始了……

炎炎夏日，为了找到所向披靡的独角仙，大雄（大原めぐみ 配音）痛哭流涕，对哆拉A梦（水田わさび 配音）软磨硬泡。无奈之下，哆拉A梦和哆拉美（千秋 配音…

因为相信云上有天国存在的大雄，去图书馆找资料（全都是神话故事），后来想离家出走，去找天国，目前要令哆啦A梦担心他，后来哆啦A梦和大雄在云上建造一个自己理想中的国家，并且在朋友们的协助下完成了王国。但是，某天在气流的影响下，撞到高山，发现了一个男孩（塔卡洛）在一只有耳的巨型乌龟（后来得知是绝迹的雕齿兽）的背上，最后却意外发现真的有天上人居住的天上世界。天上世界的保护区保有了许多地上的已绝种动物。天上人因为担心地上世界的人类再继续这样污染环境，地球迟早会灭亡，所以计划实施“把地上世界的动植物和人类送到天上世界避难，再以大洪水将地上文明全部毁灭”的恐怖策略──“诺亚计划”……。

骨川小夫拿出现在畅销的神秘火车的车票炫耀。刚田武，源静香也想乘火车，恳求小夫也带他去。这时，大雄跑来，说哆啦A梦3天也没有回家。小夫和胖虎之后也去了找哆啦A梦，大雄只顾找哆啦A梦，连晚餐也不吃。哆啦A梦回来后，说他到了22世纪买银河列车的车票。哆啦A梦他们乘搭银河列车到银河各个星群游览，另一边，神秘的生命体正悄悄来袭……

故事以大雄与小夫以「恐龙是否完全绝种」进行辩论展开序幕，由于认为恐龙仍然存在的主张遭到小夫以科学而合理的方式完全否定，大雄向哆啦A梦寻求帮助，然而当大雄向哆啦A梦所拿出的道具「OX占卜」询问「"地球上"是否还有恐龙活着」时，却得到了否定的答复。之后，为了藏匿大雄零分的考卷，大雄与哆啦A梦使用寻找地底空洞的道具意外发现了宽敞的地下空间，并将之建造成众人的游乐场；但在同时，小夫却因接连在河川、自家后院与地下空间接连目击到恐龙而心烦意乱，烦闷的小夫为了了解真相带着摄影机再度进入地底，却失去了踪迹。大雄与哆啦A梦从小夫失踪前所拍摄的影片得知，地下空间的位置正好位在众人居住城镇河川的下方，于是与胖虎、静香一行人再度潜入，却目击到意外的景象─中生代时代的太古树林塞满了宽广的地底空洞，而理应绝种的恐龙也在出没其中─原来OX占卜虽然正确的回答了问题，但却是依问题的字面意义将搜寻的范围定于「地表」，而掩盖了地表之下有恐龙存在的可能性。哆啦A梦一行在寻找小夫的途中被地底的野蛮民族河童族捕获，正当生命面临危险时，一名乘龙的骑士即时出现救了大家。骑士自称巴赫，并称是地底人国家的骑士，他告知……

在北极，大雄拾获巨大机械人之脚与神秘的蓝色球体。受到这蓝色球体的引导，一件一件的机械人零件降落在大雄家的后园。多啦A梦与大雄在镜面世界里把机械人零件组合，结果完成了巨大机械人--圣诞武士。后来那蓝色球体成为圣诞武士的脑袋，并发放出信息。多啦A梦用对话盒把它变成雏鸟的型态，令它变成可以与人对话名为皮波的东西。一天，一位声称是机械人的主人，名叫莉露露的不可思议女子出现。为了侵略地球，机械人星球美卡托比亚送出圣诞武士及莉露露，目的是要在地球建立基地……