Shoutarou Hidari, một điều tra viên tư nhân cứng rắn từ Cơ quan Thám tử Narumi, sống vì mục tiêu bảo vệ hòa bình ở thành phố Fuuto cùng với người bạn đời ham học hỏi của mình, Philip. Vào một đêm đẹp trời, Shoutarou gặp một người phụ nữ bí ẩn tên là Tokime, người sớm có liên quan đến một số vụ án giết người và trộm cắp. Cuộc điều tra của Shoutarou dẫn anh đến việc những người sử dụng "Ký ức Gaia" —các đơn vị ký ức tương tự như ổ ngón tay cái chứa một lượng lớn dữ liệu — để biến thành những con thú ghê gớm được gọi là "Dopants". Trong khi phần lớn người dùng Gaia đã bị đội thám tử hạ gục trước đây, một số người trong số họ vẫn còn, gây ra mối đe dọa lớn cho sự an toàn của cộng đồng. Một lần nữa, Shoutarou và Philip, những người dùng Gaia đứng về phía công lý, phải chiến đấu với tư cách là Kamen Rider W - người anh hùng nổi tiếng bảo vệ Fuuto - để tiêu diệt tổ của những Dopants phản diện, đồng thời khám phá ra danh tính thực sự của Tokime và đối đầu với quá khứ bị lãng quên từ lâu.