거대한 공룡 괴물로 변한 둘리가 자신을 괴롭히는 악몽을 꾸다 잠에서 깬 고길동. 분한 마음에 한밤 중 곤히 잠들어 있는 둘리와 도우너, 또치를 깨워 밖으로 내쫒는다. ‘엄마’가 없어 맨날 이유 없이 구박을 받는다고 서러워하는 둘리는 도우너의 타임코스모스에 고길동의 집을 꽁꽁 묶어 엄마를 찾아 2억 년 전 공룡 시대로 떠난다.
휑한 모래사막에 떨어진 둘리 일행들. 책에서나 보던 공룡이 눈앞에서 왔다 갔다 하고, 하늘을 나는 공룡이 희동이를 잡아가고, 공룡이 쫒아와 공격하는 등 여러 난관을 겪는다. 다시 집으로 돌아간 둘리 일행은 그곳에서 유명한 고생물학자로 공룡의 DNA를 채취하기 위해 판게아를 시간여행 중인 닥터 클라이튼을 만난다.
클라이튼 박사는 둘리 일행이 엄마를 찾고 있다는 얘기를 듣고, 둘리 엄마처럼 생긴 공룡은 몇 천만 년 후에나 등장한다는 정보를 주고는 다시 시간여행을 떠난다. 클라이튼 박사의 말을 듣고 다시 타임코스모스를 타고 몇 천만 년 후 백악기 시대로 떠나는 둘리 일행. 그 곳에서 떼로 달리는 공룡을 피하다 위기에 빠진 클라이튼 박사의 쌍둥이 동생, 미스터 스필버그를 구해주지만 왠지 클라이튼 박사와는 다른 악당의 냄새가 난다.
우여곡절 끝에 엄마와 둘리 여동생 서이를 만나게 된 둘리 일행. 기쁨도 잠시, 갑자기 나타난 미스터 스필버그 일당이 둘리 엄마를 납치해간다. 과연 미스터 스필버그와 그 일당은 왜 둘리 엄마를 납치해 간 것일까? 그 뒤에는 스필버그 일당의 위험천만한 음모가 숨어 있는데...
* 등장인물 소개
둘리
빙하 속에 수천 년 간 얼어 있다가 깨어난, 정확한 나이를 알 수 없는 공룡. 그러나 정신연령은 어린아이로 먹을 것을 좋아하고, 놀기 좋아하고, 매일매일 말썽 피우는 귀여운 공룡이다. 길동이 아저씨 집에서 얹혀살면서 구박을 받다가 서러움에 북받쳐 엄마를 찾으러 공룡 시대로 떠나 극적으로 엄마를 만난다. 외계인이 주고 간 초능력이 있어서 위급할 때 유용하게 사용한다.
또치
라스베이거스 서커스단에서 탈출한 아프리카 출신의 타조. 자칭 귀부인으로 쉴 새 없이 우아함을 강조한다. 모든 사람들에게 아부를 잘하는 것이 특기이고, 고생을 싫어해 늘 불평불만이 많다. 하지만 결국엔 둘리 엄마를 찾는 데 협조한다.
도우너
지구별에 불시착한 깐따삐야 별의 ‘자칭’ 잘생긴 외계인. 단순무식, 용감무쌍한 성격으로 시간 여행을 할 수 있는 타임코스모스를 가지고 있어서 둘리가 엄마를 찾는 데 큰 도움을 준다. 인간이 애완동물이라고 굳게 믿으며, 길동이 아저씨에게 말대꾸하는 버릇이 있다.
고길동
둘리가 데려온 대식구를 몽땅 떠맡아 먹여 살리고 있다. 둘리 때문에 스트레스를 받고 괴로워하며 내쫒기 위해 고군분투 한다. 얼떨결에 둘리 친구들과 함께 공룡 시대로 떠나게 되고, 귀찮아하던 둘리와 친구들을 두고 올 수 있겠다는 생각에 둘리 엄마를 찾는 데 적극 협조한다.
희동
고길동의 조카로, 일명 ‘쌍문동 공포의 젖꼭지’라는 별명을 가지고 있다. 겁이 없고 말보다 주먹이 먼저인 막무가내 아기. 나이가 어려서 발음이 부정확하며, 둘리를 형아라고 부르며 유독 잘 따른다.
마이콜
장래의 꿈은 인기 가수. 둘리를 사부로 모시고 있는 어수룩한 총각으로, 고길동과 함께 공룡 시대로 간다. 큰 키만큼 싱겁고, 엉뚱한 노래 부르기, 사고치는 데 은근슬쩍 동참했다가 책임 회피하기가 주특기다.
둘리 엄마
공룡 시대에 살고 있다. 둘리와 극적으로 상봉하지만, 기쁨도 잠시 음모로 인해 또다시 이별의 아픔을 겪게 된다.
둘리 여동생 서이
둘리 여동생인 아기 공룡. 고집이 세고 자존심이 강하다. 둘리와 함께 납치된 엄마를 찾아다니면서 둘리에게 조금씩 마음의 문을 연다.
닥터 클라이튼
살아 있는 공룡 유전자를 채취하기 위해 판게아를 시간 여행하고 있는 유명한 고생물학 박사. 스필버그의 쌍둥이 형으로, 정의롭고 인자한 할아버지다.
미스터 스필버그
닥터 클라이튼의 쌍둥이 동생으로, 사악한 음모를 꾸미는 악당 할아버지다. 성격이 괴팍하고, 음모를 꾸미기 때문에 둘리 일행과 한판 대결을 벌인다.