裏山の近くでのび太（声：大原めぐみ）は小さな苗木を拾う。ドラえもん（声：水田わさび）のひみつ道具「植物自動化液」をかけたことによって、苗木は意思を持ち、自由に動けるようになる。のび太は苗木にキー坊という名前を付け、家へ持ち帰り、弟のように可愛がりながら育てることにする。すばしっこくていたずらっ子なキー坊だが、日に日に考える力をもち、文字を書き、新聞を読んだりテレビのニュースを見たりして状況を理解するまでに知能が発達し、成長していく。ある日、ドラえもんたちがキー坊を連れて裏山へ行ったところ、突然、雷が光り巨大な渦が出現し、そこへ巻きこまれてしまう。気がつくと、ドラえもんたちは緑が一面に広がる世界にいた。そこは宇宙の果て、植物と植物星人たちが支配する「緑の星」だった。植物星人たちは人間による地球上の植物の破壊活動に怒り、地球のすべての植物を奪い取ろうと計画していた。「緑の星」の王女リーレ（声：堀北真希）は伝説の緑の巨人を呼び出し、植物星人たちはキー坊の秘められた力を利用しようとする……。