Câu chuyện của Kamen Rider W xoay quanh hai nhân vật chính, Shotaro Hidari và Philip, hai người hợp tác với nhau để điều tra các vụ án liên quan đến "Gaia Memories" – những chiếc USB mạnh mẽ có thể biến người sử dụng thành những con quái vật.