고3 담임으로 부임한 김영웅(이경영 분)은 아이들에게 이제까지와는 다른 파격적인 참교육을 선보인다. 그래서 그의 즐겁고 인간적인 가르침은 그를 멸종된 동물이란 뜻에서 ‘공룡 선생’이라 불리게 하였다. 공룡선생은 자기 반 아이들에게 삶의 의욕과 활기를 주고싶은 마음에 자신의 월급 봉투를 털어서 아이들과 영동선 밤기차를 타고 무박 2일의 여행을 떠난다. 그리고 밤기차 안의 개인 면담을 통해 아이들의 꿈과 인생관을 듣는다.
그 후 아이들의 작은 꿈을 실현시켜 주기 위한 공룡선생의 사랑이 펼쳐진다. 진학을 원했던 아이들에겐 하루 동안의 대학생활을, PD가 희망인 아이들에게 방송국에서의 하루생활 등등. 그러나 공룡선생의 이런 식의 교육은 학교의 교장을 비롯한 여러 선생님들과 크게 부딪친다. 그의 교육방침을 여태까지의 질서와 권위에 대한 도전이라 여긴 것이다.
