Incapable de supporter la chaleur du milieu de l'été, Doraemon transporte Nobita et ses amis vers un immense iceberg flottant dans le Pacifique Sud. En créant un parc d'attractions avec l'outil secret Ice-working Iron, le groupe trouve un mystérieux anneau doré dans la glace. Après un examen plus approfondi, ils déterminent que l'anneau a été enterré en Antarctique il y a 100 000 ans - avant que les gens n'aient pu y vivre. Doraemon et ses amis se dirigent vers l'Antarctique à la recherche du propriétaire de l'anneau et découvrent les ruines d'une immense ville enfouie dans la glace. À l'aide de la ceinture temporelle de Doraemon, le groupe voyage il y a 100 000 ans et rencontre la jeune fille Kara qui est connectée à l'anneau mystérieux. Mais maintenant, le groupe doit se battre pour sa survie alors que Doraemon fait face à la crise du gel de la Terre entière..