Trước mắt là một cánh cổng đá cổ kính bao quanh bởi những tán cây rậm rạp. Nobita và nhóm bạn bước chân vào bên trong, không ngờ rằng cuộc phiêu lưu của họ chỉ vừa bắt đầu. Bước tiếp vào lâu đài, họ phát hiện một phòng thí nghiệm cổ xưa với những chiếc máy móc kỳ lạ.
Doraemon tò mò khởi động một trong các thiết bị và bất ngờ một đám mây màu sắc lóa lọa bao phủ toàn bộ không gian xung quanh. Khi mây tan đi, Nobita và nhóm bạn thấy mình đang đứng giữa một thị trấn cổ xưa, nơi mà con người và robot cùng tồn tại hòa hợp.
Sự xuất hiện của họ gây ra sự chú ý của một tổ chức bí ẩn, muốn sử dụng khả năng của Doraemon để làm thay đổi lịch sử. Nobita và nhóm bạn phải lựa chọn giữa trở thành anh hùng hay chấp nhận số phận bị mất trí nhớ để bảo vệ ngày xưa. Mỗi quyết định của họ sẽ ảnh hưởng đến cả hai thế giới và đặt ra câu hỏi: liệu họ có thể vượt qua được thử thách, hay sẽ gục ngã trước áp lực của quá khứ và tương lai?