En la ciudad de Fuuto, los delincuentes utilizan unos dispositivos USB llamados «Memorias de Gaia» para convertirse en monstruos con superpoderes conocidos como «Dopantes», que causan estragos en la, por otra parte, pacífica ciudad. Sin embargo, también hay héroes que utilizan las Memorias Gaia para luchar contra estos criminales, uno de los cuales es el autoproclamado y duro detective Shoutarou Hidari. Con la ayuda de su ingenioso compañero Philip, ambos se transforman en Kamen Rider W, el legendario héroe de la ciudad de Fuuto.
Tras la caída de Museum, la malvada organización responsable de muchos crímenes en Fuuto, la producción y distribución de Gaia Memories se ha detenido. Sin embargo, aún quedan restos de Memorias de Gaia en la sociedad y se venden en el mercado negro a precios elevados. Por ello, los dos héroes de la Agencia de Detectives Narumi aún no tienen tiempo para relajarse. Siguen apareciendo Dopantes y la agencia recibe cada vez más clientes que afirman haber experimentado fenómenos sobrenaturales.
A pesar de lo arduo de la tarea, Kamen Rider W promete que aquellos que hagan daño a Fuuto contarán inevitablemente sus pecados.
