のび太たちの学校のクラスに、車椅子の少年・ケン一（ケンいち）が転校してきた。ケン一は大好きなチョウの標本をコレクションしているが、どれも店で買ったものばかりで、自分でチョウを採ったことは一度もない。のび太はチョウを採りたいというケン一の願いを叶えるため、ケン一やいつもの仲間たちとともにタイムマシンに乗り、様々なチョウが飛び交っている3千万年前の世界へ向かう。