Shoutarou Hidari, seorang penyelidik swasta yang keras kepala dari Badan Detektif Narumi, hidup demi melindungi kedamaian di kota Fuuto bersama rekannya yang selalu ingin tahu, Philip. Pada suatu malam yang cerah, Shoutarou bertemu dengan seorang wanita misterius bernama Tokime, yang segera dikaitkan dengan beberapa kasus pembunuhan dan pencurian. Penyelidikan Shoutarou membawanya pada orang-orang yang menggunakan “Gaia Memories”-unit memori yang mirip dengan flashdisk yang menyimpan data dalam jumlah besar-untuk berubah menjadi makhluk buas yang disebut “Dopants.” Meskipun sebagian besar pengguna Gaia telah dilumpuhkan oleh tim detektif di masa lalu, beberapa di antaranya masih ada dan menjadi ancaman besar bagi keselamatan publik.

Sekali lagi, Shoutarou dan Philip, pengguna Gaia yang berpihak pada keadilan, harus bertarung sebagai Kamen Rider W-pahlawan terkenal yang melindungi Fuuto-untuk membasmi sarang para Dopant yang jahat, sembari mengungkap identitas Tokime yang sebenarnya dan menghadapi masa lalu yang telah lama terlupakan.