一年前，私家侦探鸣海庄吉和他的弟子左翔太郎从神秘组织中解救出了一位少年。在逃亡过程中，庄吉中枪倒下了，剩下的两人走投无路……2009年秋天，在每个角落都有风车转动的城市——风都，翔太郎继承庄吉的衣钵经营着侦探事务所。庄吉的女儿鸣海亚树子来到翔太郎和一年前得救的少年菲利普面前，让他们马上离开。在与翔太郎纠缠的时候，亚树子得知了风都有怪人“掺杂体”作乱，而她也渐渐地被牵扯进了守卫风都的战斗中……

某一天，一颗陨石坠落地球，引发不可思议的时空扭曲。穿越时空隧道出现的，是来自40年后的未来假面骑士波塞冬（滨田贤二 饰）。与其它伙伴相比，这是一个好战求胜的战争狂，他发誓要打败所有现代的假面骑士。以此为契机，火野映司（渡部秀 饰）、后藤慎太郎（君岛麻耶 饰）和伊达明（岩永洋昭 饰）暂时告别普通人生活，挫败波塞冬的野心，并救回失踪良久的安库（三浦涼介 饰）。与此同时，邪恶组织财团X利用陨石带来的宇宙生命之种展开邪恶计划。为了保卫地球和宇宙，史上最强大的假面骑士部队集结于此…… 本片为假面骑士系列40周年纪念作品。

本剧剧情分为三部分依序为：帝骑完结编、双骑初始之夜、最后才为帝骑跟双骑联手打击怪人的电影大战2010。 其中，帝骑完结编的主笔编剧为米村正二，写作风格结构松散、逻辑跳脱；双骑初始之夜的主笔编剧为三条陆，写作风格结构严谨、逻辑井然。此剧前面两部分各为负责的脚本家所撰写，最后一部分再同时融合此两位不同风格的脚本家联合写剧本。

　　高中時代作為橄欖球部的王牌在全國也廣受關注的選手因為自以為是的過度比賽而受傷。　　被隊友指責的宙在孤立無援的狀態下引退。　　畢業後一個人生活也沒有找到固定工作，過著無所事事悠閒自在的日子。　　某天，因為吵架驚動了警察，工地現場的工作被解雇，住的公寓也因為拖欠房租而被要求搬走，陷入了走投無路的地步。　　就在這樣的情況下，一個男人對他說「我給你介紹一個適合你的工作！」。　　「宿舍很完善，一天三頓飯！對體力自傲不已的你來說正合適！」介紹的工作…竟然！是守護國家和平與安全的“陸上自衛隊”！　　「國生宙！生在國家，擁有宇宙般寬廣胸懷的男人！難道不是為了成為自衛官而生的家夥嗎！」被男人認定的宙最初是拒絕的，不過，「沒有工作，租不到公寓，就這樣無法生活，如果訓練生也給工資，那就先同意吧」帶著半吊子的決心的結果就是成為陸上自衛隊的候補人員。　　在以半吊子的心情進入的地方等待著他的是殘酷的訓練。　　以邂逅“陸上自衛隊”這一天職為契機，與重要的夥伴相遇，萌生友情，時而戀愛，積累了各種各樣的經驗，注意到人與人之間聯繫的重要性，一點點成長起來。　　以“自暴自棄”的想法入隊的青年，在成為一名適合戴上自衛官保護自己的帽子=“Teppachi”的真正的自衛官的時候，不成熟“自暴自棄”的人生變成了真正的“Teppachi”人生——！

　　在风之街“风都”，左翔太郎、拍档菲利普以及所长鸣海亚树子三人经营着侦探事务所。看似一片和平的风都背后，神秘组织在地下流通着能让普通人变成Dopant的“恶之盖亚存储条”。而造成众多离奇事件的神秘组织核心“园咲家”的每个人，都在风都有着很大的影响力。挑战Dopant们引发离奇事件的翔太郎和菲利普两人，使用六根“盖亚存储条”合体变身成假面骑士W，决然地对抗着园咲家族。 　　园咲家族的目的到底是什么？假面骑士W、菲利普神秘的过去又是什么？隐含着众多谜题，假面骑士W的战斗拉开帷幕……