平凡的一天，出木杉君帶來了《烏托邦》這本小說，為同學們講述理想國的故事。那個沒有考試和學校的國度深深吸引著吊車尾的大雄（大原惠美配音）。偶然機緣，大雄在后山看到新月形狀的懸浮物停在空中隨后消失，這個發現讓他無比興奮并認定這就是傳說中的烏托邦。他拜托哆啦A夢（水田山葵配音）查找歷史報道，購買時空穿梭飛艇與胖虎（木村昴配音）、小夫（關智一配音）、靜香（嘉數由美配音）前往各時代目擊點尋找線索。然而多數發現都是自然現象或人工產物，天空烏托邦似乎只是傳說。某天懸浮物再度出現，少年們跟隨指引抵達漂浮于云層之上的神秘島嶼。在那里他們發現能實現愿望的古老裝置，并遭遇試圖獨占烏托邦力量的敵對勢力。通過團結協作與哆啦A夢道具的幫助，眾人最終守護了理想鄉的和平，也理解到真正的烏托邦需要所有人共同創造。