W mieście Fuuto przestępcy używają urządzeń przypominających pendrive, znanych jako Gaia Memories, aby przekształcać się w nadludzkich potwory zwane Dopantami, powodując chaos w przeciwnym razie spokojnym mieście. Jednak istnieją też bohaterowie, którzy wykorzystują Gaia Memories do walki z tymi przestępcami, w tym samoproklamowany, twardy detektyw Shoutarou Hidari. Wspomagany przez swojego dowcipnego partnera, Philipa, dwójka ta przekształca się w Kamen Rider W – legendarnego bohatera Fuuto. Po upadku Museum, złej organizacji stojącej za wieloma przestępstwami w Fuuto, produkcja i dystrybucja Gaia Memories zostały wstrzymane. Niemniej jednak resztki Gaia Memories wciąż krążą w społeczeństwie i są sprzedawane na czarnym rynku za wysokie ceny. W rezultacie dwaj bohaterowie z Agencji Detektywistycznej Narumi jeszcze nie znaleźli czasu na odpoczynek. Dostrzeżenia Dopantów nadal się pojawiają, a agencja otrzymuje coraz więcej zgłoszeń od klientów dotyczących zjawisk nadprzyrodzonych. Mimo trudności w ich zadaniu, Kamen Rider W obiecuje, że ci, którzy krzywdzą Fuuto, nieuchronnie zapłacą za swoje grzechy.