大雄有一天相救并收养一只差点溺水的狗，取名为“阿一”。某日，大雄和哆啦A梦还有静香为了不让妈妈知道大雄收养狗而用任意门逃到后山，并发现后山大量被遗弃的猫狗，于是连同胖虎和小夫一起带了许多的野猫野狗坐时光机回到还未有任何人类存在的三亿年前（石炭纪晚期）的地球建立猫狗王国。大雄使用了“进化退化放射线枪”将阿一进化成像人类一样，使其能够听得懂人类的话。当日傍晚，当大雄要回到二十一世纪时，答应阿一明天一定会再来，并在上时光机时，不小心将剑玉的球掉落在那里，被阿一捡起。翌日，大雄等人在返回三亿前的途中遇上时间扭曲，被带到三亿年前的一千年后，那里竟是繁华的猫狗都市。大雄发现，因为把进化退化放射线枪遗留在三亿年前，让猫狗们的科技变得这么发达。在这里，大雄遇上一只貌似阿一的狗——小八，小八跟友伴向大家倾诉，原来小八等人的父母去了查路猫乐园后都不知所终，大家决定到查路猫乐园调查。