藤子・F・不二雄生誕80周年を記念して製作された「ドラえもん」シリーズ初の3DCGアニメーション。原作から厳選されたエピソードを再構成し、ドラえもんとのび太の出会いから別れまでを描いた。「フレンズ　もののけ島のナキ」を手がけた八木竜一と「永遠の0」「ALWAYS 三丁目の夕日」の山崎貴が共同監督。何をやらせても冴えない少年のび太のもとに、22世紀の未来から、ネコ型ロボットのドラえもんがやってくる。のび太の孫の孫にあたるセワシが、ご先祖様であるのび太の悲惨な未来を変えるために送り込まれたドラえもんだったが、当のドラえもんはあまり乗り気ではない。セワシはそんなドラえもんにやる気を出させるため、のび太を幸せにしない限り22世紀に帰ることができないプログラムを仕込む。かくして仕方なくのび太の面倒をみることになったドラえもんは、のび太がクラスメイトのしずかちゃんに好意を抱いていることを知り、のび太としずかちゃんが結婚できる明るい未来を実現するため、数々の未来の道具を駆使してのび太を助けるが……。

ある日、昼寝中のドラえもんの鈴が盗まれるという事件が発生する。犯人は怪盗DXという正体不明の男。そこでのび太はシャーロック・ホームズセットを使い、未来にある「ひみつ道具博物館（ミュージアム）」に事件の手がかりがあると突き止め、みんなで未来へと行くことにする。しかし、博物館でも怪盗DXによってさまざまなひみつ道具が盗まれてしまい……。

最近、のび太は何かとぼんやり空想に耽っている。それは魔法の世界に憧れていたからで、それを静香とドラえもんに打ち明ける。2人はまるで本気にしないが、のび太はその夢を諦めきれない。そんな彼はふと、ドラえもんのひみつ道具「もしもボックス」で、魔法の世界を実現させることにした。 しかし、そのもしもボックスで実現した「魔法の世界」は、のび太が期待していたような、魔法で何でも解決できる世界とは程遠く、魔法を学ぶために学校に通わねばならず、魔法の絨毯に乗るには難しい免許と高額の絨毯が必要となるような、いわば文明の礎が科学から魔法にそっくりそのまま摺り替わっただけの代物だった。結局、現実世界と変わらずこっちの世界でも落ちこぼれてしまったのび太は、すっかり落胆する。 だが、この世界でもジャイアンやスネ夫に馬鹿にされると、せめて簡単な魔法の1つでも覚えてから元の世界に戻そうと意気込む。ドラえもんもそんなのび太の心意気を買って必死に応援するが、その矢先に地震が2人、そしてちょうど彼らの元を訪ねていた静香を襲う。彼女によれば、頻発する地震は魔界接近説という、ある魔学博士の仮説と関係しているというのだ。 そんなある日、のび太は山で、満月博士という、まさに魔界接近説を提唱していた張本人と出会う。彼の研究によれば、現在、魔界の悪魔たちが地球の侵略を企てており、このままでは想像を絶する魔力をもつ悪魔たちに人類は滅ぼされてしまうと断言するのだ。そして、今世界に迫っている地震や巨大台風はその前兆だという。あまりに殺伐とした世界にドラえもんとのび太は元の世界に戻そうとしたが、もしもボックスはママによって捨てられてしまっており、回収を試みるも結局は手元に戻らず、2人は責任を押し付け合った末に仲違いをする。