โนบิตะพบเกาะรูปพระจันทร์เสี้ยวปริศนาบนฟ้าและยืนกรานว่า "นั่นแหละคือยูโทเปียที่ฉันตามหา!" จึงได้ออกเดินทางตามหาเกาะนั้นกับพวกโดราเอมอนด้วยเรือเหาะกาลเวลาที่มีชื่อว่า "ไทม์เซ็พเพอลิน"! หลังจากที่ตามหาในยุคสมัยและสถานที่ต่าง ๆ จนเจอ ก็ได้พบว่าที่นั่นคือ "พาราดาเปีย" ดินแดนแห่งสรวงสวรรค์ที่ทุกคนสมบูรณ์แบบได้ราวกับความฝัน!
ณ ที่แห่งนั้น พวกเขาได้พบกับ โซเนีย หุ่นยนต์แมวที่สมบูรณ์แบบไปเสียทุกอย่าง พวกโดราเอมอนและโซเนียได้ทำความรู้จักและสนิทสนมกัน แต่ดูเหมือนว่าที่แดนสวรรค์แห่งนี้จะมีความลับอันยิ่งใหญ่ถูกซ่อนไว้อยู่ พวกโนบิตะจะสามารถแก้ปริศนาของแดนสวรรค์แห่งนี้ได้หรือไม่!? การผจญภัยในยูโทเปียที่ลอยอยู่บนฟ้ากำลังจะเริ่มต้นขึ้นแล้ว
