大雄突發奇想想要憑借自己的力量飛上天空，他自制翅膀在學校的后山辛苦練習卻屢戰屢敗。這時一架人力飛機通過異次元空間出現并墜落，大雄、靜香和哆啦A夢救助了受傷的駕駛員古斯基——來自擁有翅膀文明的鳥托邦王國成員。在修好飛行器后，古斯基準備返回時胖虎和小夫突然闖入異次元空間失蹤。為營救同伴，大雄一行人跟隨古斯基來到鳥托邦。這個由飛行能力統治的國度正暗藏危機：因人類祖先曾侵略鳥人的故鄉，警備長官滋古連度懷恨在心，企圖利用時空裂縫引發人類世界崩塌。大雄與伙伴們意外卷入這場跨越千年的恩怨，在幫助古斯基修復古代飛行器的過程中，他們既要應對滋古連度的追捕，又必須阻止即將吞噬兩個世界的災難。最終眾人通過智慧與勇氣化解矛盾，修復了人類與鳥人之間的信任裂痕，并借助時空道具安全返回現實世界。本片根據日本漫畫家藤子F不二雄的長篇同名漫畫改編，延續了哆啦A夢系列通過冒險傳遞友情與成長的核心主題。