Incapaç de suportar la calor de l'estiu, en Doraemon transporta en Nobita i els seus amics a un enorme iceberg que flota al Pacífic Sud. Mentre creen un parc d'atraccions amb l'invent secret "Ferro per fer gel", en Nobita troba un misteriós anell daurat clavat al gel. Després d'analitzar-lo a fons, s'adonen que l'anell va quedar enterrat a l'Antàrtida fa 100.000 anys, molt abans que els humans hi poguessin viure. En Doraemon i la colla posen rumb a l'Antàrtida per trobar el propietari de l'anell i topen amb les ruïnes d'una gran ciutat sepultada sota el gel. Gràcies al cinturó del temps d'en Doraemon, el grup viatja 100.000 anys enrera i coneix la jove Kara, que està connectada amb el misteriós anell. Però ara hauran de lluitar per sobreviure mentre en Doraemon s'enfronta a una crisi que podria congelar la Terra sencera.