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。

宇宙突如其来的陨石，财团X为了取得附在其表面的物质而派员采集，传说中的7人骑士分别在世界各地阻止他们的行动。核心硬币与天文装置，就是财团X接下来的目的。因陨石的冲击导致空间扭曲，制造出虫洞连接40年后的时代的未来（2051年）。使用未来核心硬币的假面骑士波塞冬因此来到40年前的现代的现在（2011年），战斗的欲望驱使他企图消灭此年代的假面骑士。

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。

地球所存在的海姆冥界森林威胁解除过后，从过去争斗的漩涡中获得黄金果实而成为“起始之男”的葛叶纮汰 / 假面骑士铠武，与“起始之女”高司舞在遥远的新生星球中共同生活。某天，谜之机械生命体却突然来袭及将舞拐走，以强横的实力令铠武陷入劣势并读取其的记忆，从中得知地球的存在后利用空间转移开始展开侵略。

继前作《假面骑士卌骑 大家的宇宙来了!》加入东映系列的其他特摄作品，假面骑士以外的英雄共同演出后，本作同样加入了《闪电人》(日原文《イナズマン》) 、《伏魔三剑侠》(日原文《アクマイザー3》) 和《美少女假面Poitrine》(日原文《美少女仮面ポワトリン》)三大特摄作品的主角演出。本作把《假面骑士双骑》、《假面骑士欧兹》、《假面骑士卌骑》、《假面骑士巫骑》中的主角和二号骑士及怪人实行大集结，同时前作《假面骑士×假面骑士 卌骑 & 欧兹 电影大战 Mega Max》中登场的假面骑士抚子亦会回归。

在消灭108名恶路程式的三个月后，泊进之介 / 假面骑士驰骑与诗岛雾子因接受调查频发异常现象的命令，而来到“不可思议现象研究所”所在的大天空寺院与月村朱里及御成等人进行接触。不过这时天空寺尊 / 假面骑士灵骑为夺回被上级眼魔偷取的幽灵眼魂而战斗，但进之介因看不见眼魔而误会对方故意玩闹，后来加上诗岛刚 / 假面骑士冥骑与深海诚 / 假面骑士魂骑，及进之介这时拿到冥骑驱动炎变身参战之下更混成一堆，此时朱里使用“不知火”让眼魔现身才打破这个乱局，四人继而合作将敌人击倒并夺回眼魂。