Shoutarou Hidari, um investigador privado durão da Agência de Detectives Narumi, vive para proteger a paz na cidade de Fuuto ao lado do seu curioso parceiro, Philip. Numa bela noite, Shoutarou encontra uma mulher misteriosa chamada Tokime, que rapidamente se vê ligada a vários casos de homicídio e roubo. A investigação de Shoutarou leva-o a pessoas que usam "Gaia Memories", unidades de memória semelhantes a pen drives que contêm vastas quantidades de dados, para se transformarem em poderosas bestas chamadas "Dopants". Embora a maioria dos utilizadores de Gaia tenha sido eliminada pela equipa de detetives no passado, um número deles ainda permanece, representando uma grande ameaça à segurança pública. Mais uma vez, Shoutarou e Philip, utilizadores de Gaia do lado da justiça, devem lutar como Kamen Rider W, o renomado herói que protege Fuuto, para erradicar o ninho de Dopants villainosos, enquanto descobrem a verdadeira identidade de Tokime e enfrentam o passado há muito esquecido.
