Na cidade de Fuuto, os criminosos fazem uso de dispositivos USB chamados "Gaia Memories" para se transformar em monstros superpoderosos conhecidos como "Dopants", causando estragos na cidade pacífica. No entanto, também existem heróis que utilizam as Memórias de Gaia para combater esses criminosos, um dos quais é o autoproclamado detetive Shoutarou Hidari. Com a ajuda de seu espirituoso parceiro Philip, os dois se transformam em Kamen Rider W - o lendário herói da cidade de Fuuto. Após a queda do Museum - a organização maligna responsável por muitos crimes em Fuuto - a produção e distribuição de Gaia Memories foi interrompida. No entanto, resquícios das Memórias de Gaia ainda permanecem na sociedade e são vendidos no mercado negro a preços elevados. Assim, os dois heróis da Agência de Detetives Narumi ainda não tiveram tempo para relaxar. Aparições de Dopantes ainda ocorrem e a agência recebe cada vez mais clientes que afirmam vivenciar fenômenos sobrenaturais. Independentemente da natureza árdua da tarefa, Kamen Rider W promete que aqueles que machucam Fuuto inevitavelmente contarão seus pecados.