Tokyo'da yaşayan on yaşındaki Nobita, saf ve iyi kalpli bir çocuktur. Bir gün, torununun torunu Sewashi, gizemli kedi robot Doraemon ile birlikte kapısını çalar. Sewashi, Nobita'nın borçları yüzünden ailesinin zor durumda kaldığı geleceği değiştirmek için Doraemon'u geçmişe göndermiştir. Doraemon, dört boyutlu cebinden çıkardığı sihirli aletlerle Nobita'nın hayatını kolaylaştırmaya çalışır.

Doraemon'un görevi, Nobita'yı gerçekten mutlu etmektir. Ancak bu hiç de kolay değildir, çünkü ancak bu koşulu yerine getirirse 22. yüzyıla dönebilecektir. İki arkadaş, bu sıra dışı durum altında birlikte maceralara atılır. Doraemon'un gelecekten getirdiği teknolojik aletler, Nobita'nın günlük sorunlarını çözerken yeni serüvenlere de kapı açar.

Zamanla Nobita ile Doraemon arasında derin bir dostluk gelişir. Hikaye, bir yandan eğlenceli anlara sahne olurken diğer yandan Doraemon'un görevini tamamlayıp evine dönüp dönemeyeceği sorusuyla ilerler. Bu duygusal yolculuk, arkadaşlığın ve fedakarlığın sınırlarını keşfeder.