Futo, surnommée la cité du vent, est une ville très soucieuse de l'écologie et où tout ses habitants vivent en harmonie. Cependant, dans l'ombre, la famille Sonozaki exécute ses méfaits en vendant à travers la ville les Gaia Memories, une sorte de programme sophistiqué transformant son utilisateur en dopant (monstre) et lui conférant de puissants pouvoirs. Suite à la mort de son boss, le détective privé Shoutarou Hidari prend la relève et, accompagné de Philip et de Akiko, la fille du chef défunt, ils résoudront de nombreuses enquêtes liées aux dopants. Shoutarou et Hidari ne sont en fait qu'un seul détective et affronteront les dopants ensemble en se transformant en Kamen Rider W, un super héros séparé en 2 parties, Philip, la partie gauche et Shoutarou, celle de droite. Une fois changés en Kamen Rider W, ils peuvent utiliser 6 pouvoirs bien différents (Cyclone, Joker, Heat, Metal, Luna et Trigger) en fonction des points faibles des dopants. Ils seront rejoints plus tard par Ryu Terui, un enquêteur qui finira par devenir Kamen Rider Accel.