Film animasi petualangan Doraemon: Nobita's Treasure Island menghadirkan kisah seru Nobita dan kawan-kawan berburu harta karun di tengah ancaman bajak laut lintas waktu.

Semua bermula ketika Nobita bermimpi menemukan Pulau Harta Karun versinya sendiri, meski dunia sudah sepenuhnya dipetakan. Doraemon lalu memberinya peta harta karun ajaib yang menunjukkan lokasi sebuah pulau misterius. Secara kebetulan, media juga mengumumkan penemuan pulau tak dikenal. Yakin itu adalah pulau impiannya, Nobita mengajak Shizuka, Gian, dan Suneo berlayar dengan kapal canggih milik Doraemon.

Namun setibanya di dekat pulau, mereka diserang kelompok bajak laut. Pulau tersebut ternyata bagian dari kapal raksasa berteknologi tinggi. Dalam kekacauan itu, Shizuka diculik. Nobita dan yang lain gagal menyelamatkannya, tetapi berhasil menolong seorang anak laki-laki bernama Flock.

Flock mengungkap bahwa para bajak laut itu adalah penjelajah waktu yang mencuri harta dari berbagai era. Ia sendiri adalah bagian dari kru, namun membelot karena tak setuju dengan ambisi Kapten Silver yang ternyata ayahnya. Dengan bantuan peta ajaib, Doraemon melacak kapal bajak laut tersebut.

Di sisi lain, Shizuka bertemu Sarah, saudara perempuan Flock yang sangat mirip dengannya. Dari mereka terungkap bahwa Kapten Silver terobsesi mengumpulkan harta setelah kehilangan istrinya. Ia bahkan berencana meluncurkan kapalnya ke luar angkasa untuk menjajah planet baru, dengan cara menyedot energi Bumi yang bisa menghancurkan planet ini.

Tak tinggal diam, Nobita dan teman-temannya menyerang kembali. Gian dan Suneo mengalihkan perhatian bajak laut, sementara Nobita, Doraemon, Flock, dan Sarah menghadapi Silver. Mereka berhasil menghentikan mesin penyedot energi dan mengembalikan daya ke Bumi. Silver akhirnya sadar telah mengabaikan anak-anaknya dan membatalkan rencananya.

Pada akhirnya, Flock, Sarah, dan Silver kembali ke garis waktu mereka. Nobita dan kawan-kawan pulang dengan selamat, dan Nobita pun semakin menghargai sosok ayahnya, Nobisuke.