Na cidade de Fuuto, os criminosos usam dispositivos do tipo USB chamados "Memórias Gaia" para se transformarem em monstros superpoderosos conhecidos como "Dopants", causando estragos na cidade pacífica. No entanto, também existem heróis que utilizam as Memórias 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 da Museum, a organização maligna responsável por muitos crimes em Fuuto, a produção e distribuição de Memórias Gaia foi interrompida. No entanto, resquícios das Memórias 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 Dopants 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 fazem o mal em Fuuto inevitavelmente pagarão por seus pecados.