のび太は、プラネタリウムで居眠りしてしまった後、裏山で星空観測中のスネ夫、ジャイアン、しずかちゃん、ドラえもんらに遅れて合流。そして、みんなといっしょに夜空の星が北極星を中心に動いていることや、望遠鏡で天の川をみて感動する。宇宙のことをもっと知りたくなったのび太らは、“どこでもドア”でハワイのすばる望遠鏡まで移動。そこで観察した遠い宇宙の姿（銀河）に興味をもったみんなは、実際に宇宙へ出かけることに。番組では、ドラえもんのひみつ道具によって宇宙を探検していきながら、今まで知らなかった宇宙のふしぎが、次第に解き明かされていきます。

デジタルファインアーティストKAGAYAがプラネタリウムドームをキャンバスにして描く 壮大なデジタルアート作品！ビジュアル化困難といわれた「銀河鉄道の夜」の幻想世界を徹底考察し鮮明に再現。ドームいっぱい360°に広がる銀河のパノラマ風景。それはまさに天空の汽車に乗車したかのような夢の体験となる。さあ、ほしめぐりの旅にでかけよう。