ホテルつづれ屋の跡取り21エモンたちは宇宙港で客引きをして、ササマヤ星人を捕まえる。 数日後、ササマヤ星人は帰ろうとするが、宿賃を払わなかった。ササマヤ星人はお金を使わないのだ。 だが、つづれ屋のサービスを気に入ったササマヤ星人はペットのモンガーを置いてゆく。

ゴンスケが客引きしてきたタイロッグは人を食う宇宙怪獣だった。大騒ぎになるつづれ屋。

無銭宿泊したミリオネア星人は、石ころを置いていった。しかしそれはダイヤモンドで、 エモンたちはミリオネア星人に返しに行く。 ロケットに勝手に搭乗したエモンたちはミリオネア星人に返す事が出来た。 しかし、このロケットはすぐには地球に帰れなかった。 モンガーは勝手にテレポートするが、偶然地球行きの貨物船にテレポートでき、 無事に地球に帰れる事に。

宇宙冒険家スカンレーがつづれやに帰ってきた。 喜ぶエモンだが、スカンレーはパイロットの厳しさと家業の大切さにも目を向けるように諭す。

つづれ屋に泊まる事になったワントナックは、昔の物好きで、エモンたちは昭和村に連れて行く。 しかし、ワントナックはワンダラー星の大使だったのだ。さらにワントナックの暗殺を狙う者もいた。

つづれ屋に来たコイケラス星人に、エモンたちは怪獣キャプテンというテレビ映画を見せる。 しかし、コイケラス星人は映画に出てきた悪の怪獣がコイケラス星人にそっくりな事に憤慨する。

つづれ屋に泊りに来たハッピー商事の団体旅行の幹事はズタ袋の中にいろんなものを入れてしまう。 そして、何やら企んでいるようだった。

スペーススーツが欲しいエモンはいろんな所でアルバイトを始めるが・・・。

エモンはスペーススーツ欲しさに、アンドロメダ星系の家でベビーシッターのバイト。 他星用スペースでスーツを試してみる。

修学旅行で火星へ行くエモンたち。

火星では観光用ロボットが反乱を起こしていた。

エモンはアルバイトで探偵助手に。アケッチー探偵事務所へ行くが。

エモンたちは巻き物に記された御先祖のお宝を探す。

宇宙港でエモンはジュゲム星のチョーキューメーというお客に出会う。 チョーキューメーは江戸時代(4エモンと5エモンの時代)につづれ屋に来たことがあるという。 江戸時代の話を聞きたがるパパとエモン。 チョーキューメーが若かった頃、事故で地球へ不時着、つづれ屋に泊めてもらう事に。 そこでモンガー族に出会い、宇宙空間までテレポートしてもらって地球を脱出した。 チョーキューメーはその時の宿賃を払おうとつづれ屋に来たのだ。

つづれ屋に旅行家のゴリダルマ氏が現れた。しかし、つづれ屋は電気も止められ食料もない。 そこで、エモンたちは工夫を凝らして心尽しのサービスをする。

つづれ屋に変な植物が現れた。 それは超能力を持った植物型宇宙生物、ウキキであった。 エモンはウキキによって人間に隠された能力の存在を知る。 そしてエモンは宇宙探検家になる夢と帽子の秘密をウキキに打ち明けた。 次の日、ウキキは出発する事となった。 ウキキは金塊を出して、宿賃の残りはエモンに進呈すると言った。

ウキキから金塊を得たことで、資金を自力で捻出すれば宇宙旅行に行ってよいという父との約束が果たし、エモンはいそいそと旅行への準備をする。心配と家業を継がせたい想いから、どうしても旅立たせたくない父20エモンは、何とか息子を思いとどまらせようと策を巡らせる。

ひとまず月に到着する一同。予想外に密航したゴンスケの出費もあってホテルに泊まれないエモンは、それぞれ実家の支店に宿泊する二人と別行動を取る。金塊も家に残して金がないエモンは、目的地の木星に行くために宇宙船ショールームに来る富豪に狙いを定めて同乗を申し出る作戦をとる。

乗る船を間違えてしまうエモンたち。それは違法砕石者の船だった。 エモンは星を破壊するように命令されるが、それを拒否。 リゲルとルナはエモンを救出に向かい、エモンたちの救出に成功するが、 ボートが小惑星に衝突してしまう。 エモンは一人、宇宙服にボートのオールの部品を取り付け救助を求めに出かけたのだが。

救援を呼ぶために身一つで宇宙に飛び出したエモンは、エモンを捜していた違法砕石船の男に機銃で狙われる。危ないところを間一髪で宇宙監察官に救われ、違法船の二人は逮捕される。

木星の衛星、ガニメデに到着するエモンたちだが、ルナが熱を出して入院してしまう。 そして、ルナのパパがルナを連れ戻そうとする。

宇宙監察官は実はハルカの父親であり、ハルカの家にいったエモンたちはハルカに会い、 楽しい時間を過ごす。

地球に帰ってきたエモンだが、つづれ屋はなくなっていた。 エモンたちはつづれ屋を守ろうとして警官と争うが、それらはすべて夢であった。 翌朝、パパはシップを買ったという。 エモンはこれも夢だと思うが、エンジンが付いておらず、これは夢ではないことを実感する。 ゴンスケはエモンが見た夢はモンガーによる作用によるものだと推察する。

相変わらず客のいないつづれ屋は宇宙港で行き倒れていた、ぬいぐるみのような宇宙人モコラを拾ってくる。モコラの食糧は鉄で、一晩で急速に成長するモコラにホテルの面々は目をむく。連邦入星管理局に密入国でモコラが追われていることを知った一同は、スペースシップを解体して倉庫を空けてモコラを匿う。

バラバラに解体してしまったスペースシップを元に戻すため、エモンはクラスメイトを倉庫におびき寄せて組み立てを手伝わせようとするが、呆れた級友たちに帰られてしまう。唯一ルナだけが居残り、自主的にエモンの作業を手伝う。

パパが購入してくれたスペースシップの中古エンジンを探しに街に繰り出したエモンだが、エモンの船は30年前の珍しい型で、エンジンだけで2000万円するという中古シップ店員の話を聞いて絶望する。

サルガッソーに向かうスカンレーとエモンたち。サルガッソー航行禁止条例はガトミック条例とも呼ばれ、航行局の副局長も務めたガトミックが定めたルールだという話を、エモンはスカンレーから聞く。

2016年度卒業行事 エモンとリゲルとルナちゃんのパパ達のメッセージへの返事が36年後に来た。

発明の星、マジカル星の客が来る。モンガーは無限トランクを飲み込んでしまう。

エモンたちは宇宙に出かけるが、超空間でゴーストに襲われる。 やがてレイダンボー星、双子星に着くが誰もいなかった。

エモンたちが到着したオートマ星は地球よりも遥かにテクノロジーが発達した惑星で、生活の全てが自動化している。星の住人たちも自分の身体を使うのをやめて、目と口だけで飛び回っており、表を出歩くのはロボットと旅行者のエモン一行だけである。

ポロロッコリーが住む星を訪れるエモンたち。不思議グッズの生産で有名なマジカル星は、元々は小さな町工房と住民のためを思って特許使用料を取らないギャロット博士の発明で成り立っていた星だった。しかし最近は工場で質の悪いグッズを量産するゼロリー博士が特許認可委員会も押さえて星を牛耳っている。

パッピー星に到着したエモンたちは「7627番目の記念ゲスト」として盛大に祝福される。市長の歓迎式典を抜け出したエモンとモンガーは、常に笑顔で一様に同じ人形を背負う住人たちを不思議に思う。出歩いているところを警察官に連れていかれたエモンらは、パッピー人形に憑りつかれる。

一面が雪と氷に覆われた惑星に着陸したエモンたち。ゴンスケに蹴り飛ばされて行方不明になったモンガーに再会したところ、星の住人たちに神として崇められていた。ピヨピヨと呼ばれるマンモスのような生物との対決を経た後、エモンたちは住人が恐れる「氷の神の洞窟」の調査に向かう。

エモンのシップを尾行していたムエという男が、父の仇討ちのために24時間後にエモンと決闘して殺すことを宣告する。身に覚えのないエモンは話を聞かないムエから逃れるため、パトロールの制止を振り切って立ち入り禁止のナイナイ星に侵入する。無人のナイナイ星だったが、尾行をやめないムエは再びエモンたちの前に現れ、テレキネシスとテレポートの圧倒的な能力を見せつけてエモンを絶望させる。

仇討ちの時間になりエモンの前に姿を現したムエは、エモンに襲い掛かる。絶体絶命のエモンの前に、ムエの婚約者であるミエが現れて仇討ちを認める法律が廃止されたことを知らせる。戸惑いながらも再びエモンに襲い掛かるムエだが、伝染病の発症により倒れる。

通信で救援を求める声を聞いたエモンたちは、怪物に襲われる少年マルスを助けるが、実は旅の一座の稽古芝居だったことがわかる。巨大宇宙船でのザムフシード一座の歓迎に気を良くするエモンたちは、一座が星間連合にも認められておらず、安心して居住できる惑星を探していることを知る。

ザムフシード一座の指導者がゴンスケ、少年マルスがエモン、女性クルーがモンガーにそれぞれ擬態して地球に入星する。他のクルーは植物の種に変化し、彼らの本来の姿は植物型宇宙人であることがわかる。

時は2071年、放送第１話の20年後。父21エモンと同じく宇宙旅行に出発するためつづれ屋を抜け出そうとする、エモンの息子22エモンをゴンスケが制止するシーンに始まる。22エモンにせがまれたゴンスケは、エモンとの思い出を語り始め、これにモンガー、おじい（20エモン）、おばあ、オナベ、そして宿泊に訪れたスカンレーが順に加わり、一同が過去の放送を振り返る形での総集編となる。