大雄有一天相救並收養一隻差點溺水的狗，取名為「阿一」。某日，大雄和哆啦A夢還有靜香為了不讓媽媽知道大雄收養狗而用任意門逃到後山，並發現後山大量被遺棄的貓狗，於是連同胖虎和小夫一起帶了許多的野貓野狗坐時光機回到還未有任何人類存在的三億年前(石炭紀晚期)的地球建立貓狗王國。大雄使用了「進化退化放射線槍」將阿一進化成像人類一樣，使其能夠聽得懂人類的話。當日傍晚，當大雄要回到二十一世紀時，答應阿一明天一定會再來，並在上時光機時，不小心將劍玉的球掉落在那裡，被阿一撿起。翌日，大雄等人在返回三億前的途中遇上時間扭曲，被帶到三億年前的一千年後，那裡竟是繁華的貓狗都市。大雄發現，因為把進化退化放射線槍遺留在三億年前，讓貓狗們的科技變得這麼發達。在這裡，大雄遇上一隻貌似阿一的狗——小八，小八跟友伴向大家傾訴，原來小八等人的父母去了查路貓樂園後都不知所終，大家決定到查路貓樂園調查。