《哆啦A梦：大雄的猫狗时空传》讲述了大雄与小动物之间的奇妙冒险。一天，大雄偶然遇见一只聪明可爱的小狗，小狗对他十分依恋。面对越来越多被遗弃的猫狗，大雄只好请求哆啦A梦帮忙收养它们。与此同时，伙伴们发现后山也已没有足够的地方供这些小动物安身。
在无计可施之际，大雄一行决定把猫狗带到连恐龙都尚未诞生的史前时代，并借助进化退化枪帮助它们进化。第二天，伙伴们按照约定前去探望小动物，却在时空隧道中遭遇乱流，意外抵达比前一天早一万一千年的时代。此时，猫狗们建立的猫狗国已经发展得空前繁荣，大雄他们也在那里结识了小八等新朋友。然而，他们很快得知地球即将遭到陨石撞击，而猫狗国内部也正酝酿着一个阴谋。一场全新的时空冒险由此展开。
本片是哆啦A梦剧场版25周年纪念作品。
