Futo (風都, Fūto, "Kota Angin") adalah kota nan damai yang berwawasan lingkungan, di mana hampir seluruh energinya dipasok oleh kincir angin. Namun, kedamaian Futo terusik oleh ulah Keluarga Sonozaki. Mereka adalah dalang di balik peredaran Gaia Memory, sebuah perangkat misterius berbentuk flash drive USB. Perangkat ini dijual kepada para penjahat dan pihak berkepentingan, mengubah mereka menjadi monster brutal yang dikenal sebagai Dopants. Kepolisian pun tak berdaya menghadapi gelombang kejahatan baru ini. Yang lebih mengerikan, Gaia Memory mengandung racun berbahaya yang perlahan menggerogoti kewarasan penggunanya. Jika terus digunakan, perangkat mematikan ini dapat berujung pada kematian. Di tengah kekacauan ini, hadirlah Shotaro Hidari, seorang detektif swasta yang bergaya hard-boiled (walaupun kenyataannya half-boiled). Sepeninggal bosnya, Shotaro bermitra dengan Philip, sosok jenius misterius yang memiliki akses ke Gaia Memory sejati. Bersama-sama, mereka menyelidiki berbagai kasus kejahatan yang melibatkan Dopants. Menggunakan Gaia Memory mereka dan sabuk Doubledriver, Shotaro dan Philip berubah wujud dan bersatu menjadi Kamen Rider Double. Misi mereka adalah melawan ancaman Dopant dan menjaga keamanan Futo. Perjuangan mereka kemudian didukung oleh Ryu Terui, seorang penyelidik elite yang juga bisa berubah menjadi Kamen Rider Accel. Perlahan namun pasti, misteri kelam di balik masa lalu Philip, keterkaitannya dengan Keluarga Sonozaki, dan organisasi jahat mereka yang bernama "Museum" pun mulai tersibak.