正篇故事开始的十万年前，在南极的卡菈遗失了她的金手环。因为无法忍受炎热的夏日，哆啦A梦带着大雄、静香、胖虎及小夫到漂浮在南太平洋的冰山上避暑，用冰雕工艺组打造冰制游乐园，并无意间在冰里发现金手环，哆啦A梦利用道具测出金手环是在十万年前的南极被冻结。为了调查此事，大雄和朋友们换上极地探险套装，前往南极寻找金手环的失主。众人在冰河深处发现一座蓝色高塔，里面有只外型如小长毛象、带着袋子的生物被冻在冰块中，大雄将之称为毛毛。将冰解冻后，他们利用时光腰带回到十万年前，遇见遗迹内的少女卡菈，她骑着黄色长毛象外型生物尤卡丹。在胖虎用歌声击退追逐卡菈的亚米提姆后，金手环被石蝙蝠抢走，之后大雄等人在卡菈的带领下，进入基地与博士会面。博士表示，自己的母星「冰河冰河星」距离地球十万光年，该星球远古时期有超群的科技，但他们意外发现了远古的冰之使者，导致整个星球冻结。他们只能离开母星，并在地球找到冰河冰河星的祖先留在地球的遗迹，以及可用于封住冰之使者的金手环。次日他们前往石蝙蝠的巢穴，击败了守护遗迹的石像，成功找回金手环。然而，他们发现地球上的冰之使者正在苏醒，必须将金手环放回冰之使者身上，否则地球会被结冻。冰之使者苏醒后，开始将整个世界结冻，大雄等人赶紧用时光腰带回到十万年后，但哆啦A梦和尤卡丹却被冷风吹走，遗留在十万年前，而且时光腰带的电池耗尽，使得大雄无法即时返回。另一方面，哆啦A梦想起在出发前，哆啦美对自己说的预言，便将时光腰带的电池交给毛毛并让它冬眠，借此将电池交给十万年后的大雄。大雄等人再次返回十万年前，救出哆啦A梦并冻住冰之使者，并用冰雕工艺组破开冰层，让卡菈把金手环变成的剑插入冰之使者内，将冰之使者封印。故事结尾，博士与卡菈带着金手环碎片返回母星，而大雄等人返回现代的东京。一星期后，哆啦A梦利用博士给他的座标，透过天文望远镜观看冰河冰河星的景象，该星球的冰正在融化，不久后展现出绿意。