ある日、昼寝中のドラえもんの鈴が盗まれるという事件が発生する。犯人は怪盗DXという正体不明の男。そこでのび太はシャーロック・ホームズセットを使い、未来にある「ひみつ道具博物館（ミュージアム）」に事件の手がかりがあると突き止め、みんなで未来へと行くことにする。しかし、博物館でも怪盗DXによってさまざまなひみつ道具が盗まれてしまい……。