Doraemon: Stand By Me sẽ là câu chuyện hoàn thiện về hành trình từ ngày đầu gặp gỡ cho đến lúc chia xa của Doraemon và Nobita. Ngày đầu tiên là ngày cậu bé Sewashi – con cháu 4 đời của Nobita ở thế kỷ 22 – du hành qua cỗ máy thời gian và mang theo một chú robot có chức năng giúp đỡ mọi người bằng những món bảo bối bí mật. Sewashi nói rằng cả gia đình đang phải gánh chịu khoản nợ nần mà Nobita để lại. Vậy nên Sewashi mang Doraemon tới giúp đỡ Nobita, vừa có thể thay đổi tương lai bi đát đó và vừa giúp Nobita được hạnh phúc hơn.

Nobita Nobi là một cậu học sinh tiểu học ghét học, chơi thể thao tệ và làm việc gì cũng nửa vời. Anh ấy là một người tự đề cao, không may mắn và sợ hãi nhiều thứ. Tính cách của anh ta khiến anh ta thất bại trong cuộc sống, thậm chí ảnh hưởng đến con cháu của anh ta. Điều này khiến chắt của ông, Sewashi, nắm quyền kiểm soát tình hình.