影片讲述了大雄等人利用哆啦A梦得到的车票搭乘神秘列车到达宇宙中巨大的游乐场但却被卷入了想要夺取全银河的寄居物的故事。 在空地上，小夫向大家炫耀现在最畅销的神秘火车的车票，胖虎和静香恳求小夫也带他们去。这时，大雄急匆匆跑了过来，哆啦A梦已经三天没回家，小夫和胖虎在一旁幸灾乐祸的笑着。晚上，哆啦A梦回来了，原来这三天他跑到了22世纪去买银河列车的车票。第二天晚上，银河列车在后山停站了，大雄和哆啦A梦开始了他们的银河之旅，车长总是笑嘻嘻，很有礼貌。另一边，神秘的生命体降落在了后山，是来自宇宙的寄居物，寄居物将自己附在人类的身体上，来操纵人的大脑，他们的目的是将整个地球毁灭掉。在车上奇奇怪怪的事情发生不断，大雄在车厢外看到了一个忍者，小夫说看见了海盗，胖虎则看见了恐龙。哆啦A梦告诉大雄他们出现了一伙“神秘黑色影团”。遭到黑色影团的袭击后，列车在一颗行星上停下了，而冒险这才刚刚开始。