เรื่องราวนี้เกิดขึ้นวันหนึ่งในขณะที่โดราเอมอนกำลังนอนหลับ ได้มีชายลึกลับที่มีชื่อว่าจอมโจรดีลักซ์ได้แอบมาขโมยกระดิ่งห้อยคอของโดราเอมอน โนบิตะจึงได้ใช้ "ชุดอุปกรณ์เชอร์ล็อกโฮมส์" ทำการค้นหาจนพบร่องรอยว่ากระดิ่งห้อยคอของโดราเอมอนน่าจะอยู่ที่พิพิธภัณฑ์ของวิเศษในโลกอนาคต พวกโนบิตะจึงพากันมุ่งหน้าไปที่นั่นทันที โดยได้รับความช่วยเหลือจากโดเรมี

ที่พิพิธภัณฑ์ของวิเศษในโลกอนาคตแห่งนี้เป็นสถานที่ซึ่งเก็บรวบรวมของวิเคษตั้งแต่ในอดีตจนถึงปัจจุบันไว้หมดทุกอย่างและจอมโจรดีลักซ์ก็หมายตาของวิเศษของที่นี่อยู่เหมือนกัน พวกโนบิตะจึงได้ร่วมมือกับ สารวัตมัสตาร์ด เพื่อค้นหากระดิ่งห้อยคอของโดราเอมอนโดยมี เคิร์ต เด็กหนุ่มผู้มีความมุ่งมั่นอยากเป็นช่างฝีมือทำของวิเศษ เป็นคนนำทางสำรวจตรวจสอบดูในพิพิธภัณฑ์ พวกโนบิตะจะได้กระดิ่งห้อยคอของโดราเอมอนกลับคืนมาหรือไม่ และตัวจริงของจอมโจรดีลักซ์เป็นใคร แล้วเขามีจุดประสงค์อะไรถึงได้ขโมยกระดิ่งห้อยคอของโดราเอมอนกันแน่