夏休みの間、のび太とドラえもんは道具「物語に入る靴」を使って、絵本『千夜一夜物語』の中の航海者シンドバッドの物語を実際に体験する。しかし、のび太は一人で遊ぶのはつまらないと思い、しずかちゃんを誘って物語の世界に入ろうとする。しずかちゃんはちょうどクラスメートとサマーキャンプに行く予定だったため、誘いを断る。その後、のび太はジャイアンとスネ夫に付きまとわれる。ジャイアンとスネ夫は『ジャックと豆の木』の絵本に入り、余計なことをして物語の筋をめちゃくちゃにしてしまう。サマーキャンプに行くはずだったしずかちゃんは日付を間違え、再びのび太の家に来て物語の世界を体験することに。のび太としずかちゃんは『ピノキオ』の絵本に入るが、ジャイアンとスネ夫が『ジャックと豆の木』から出た後、絵本を全部混ぜてしまったため、のび太としずかちゃんは多くの混ざり合った物語の展開に遭遇する。不機嫌になったしずかちゃんは物語の世界から出ようとするが、魔法の絨毯に乗ったシンドバッドにぶつかって砂漠に落ちてしまう。 翌日、ドラえもんは靴が三足しかないことに気づき、しずかちゃんが行方不明になったことを知る。彼は道具「宇宙完全大百科」を使って、『千夜一夜物語』には260の物語が収録されており、これらの架空の物語の中には実在するものもあることを確認する。現実世界と一致する二つの実在の歴史人物（ハールーン・アッラシード王とジャアファル宰相）を調べ、未来のガイド・ミクキンの案内で、のび太、スネ夫、ジャイアンと共に西暦794年、アッバース朝第5代カリフ・ハールーン・アッラシードが統治するバグダードへ向かう。しかし、彼らはミクキンと口論になり、ミクキンは怒って去ってしまう。外国商人とその従者に変装したドラえもん一行は、カシム率いる盗賊団に襲われるが、ハールーン・アッラシードが身を挺して救ってくれる。ハールーン・アッラシードは彼らにバスラ港からの通行証を与える。港に到着後、彼らは商人から船を買うが、商人と彼が連れてきた船員と一緒に航海に出た後、商人は自分がカシムであることを明かし、ドラえもんたちを裏切って海に投げ捨てる。 四人は嵐で岸に打ち上げられる。ドラえもんのポケットが嵐で失われたため（カシムに盗まれ、その後道具の使い方がわからず砂漠に落とした）、彼らは砂漠を横断せざるを得なくなり、のび太は疲れ果てて倒れ、熱中症になる。その後、彼らはシンドバッドのジンに連れられ、シンドバッドが統治する黄金宮殿へ。シンドバッドは彼らに多くの道具を見せ、それらの道具は未来から来たある旅行者からのものであり、それを使って悪党アブジルを倒し、しずかちゃんを救い出す。復讐を誓うアブジルはカシムと彼の二人の手下に出会い、アブジルは自分だけが黄金宮殿の場所を覚えていると明かす。なぜなら、彼はシンドバッドが与えた忘却の薬を飲んでいなかったからだ。 アブジルとカシムはシンドバッドがいない隙に黄金宮殿を奪い、道具を使ってシンドバッドとドラえもん一行を制圧する。ミクキンが彼らを探しに戻り、カシムに盗まれて砂漠に落ちていた四次元ポケットをドラえもんに返す。最後に、シンドバッド