Es una entrega de las series anime de Yu-Gi-Oh!, sucesora de Yu-Gi-Oh! GX y antecesora de Yu-Gi-Oh! Zexal. Es la cuarta entrega de la serie, considerando el Yu-Gi-Oh! original, que se alejaba del resto de la serie.
La serie se desarrolla varias décadas después del manga original que protagoniza Yugi Muto. El nuevo protagonista se llama Yusei Fudo y conduce una especie de motocicleta roja, la cual se denomina D-Wheel. Esta serie introduce el estilo de turboduelos, que luego se reeditó en Yu-Gi-Oh Arc-V!, aunque con diferencias respecto al original.
La primera temporada se desarrolla por el deseo de Yusei de recuperar su Dragón de Polvo de Estrellas (Stardust Dragon) que su antiguo compañero Jack Atlas, autodenominado "el Rey", le había robado. Sin embargo, Yusei debe escapar de Satélite, una zona de pobreza extrema. Después de lograr su escape, Yusei es detenido debido a que es considerado un delito salir de Satélite para llegar a la Ciudad Neo Domino.
Yusei es forzado por Rex Goodwin a entrar en un torneo llamado la Copa de la Fortuna, ya que al no hacerlo podría poner en riesgo la vida de sus viejos amigos en Satélite. Además, esto le permitiría encarar a Jack Atlas. Otros personajes principales son unos mellizos llamados Rua y Ruka (Leo y Luna en el doblaje internacional), quienes ayudan a Yūsei Fudō para que se pueda escapar de los encargados de la seguridad de la Ciudad Neo Domino.
Durante este tiempo conoce a una mujer misteriosa llamada Aki Izayoi (Akiza Izinski en la versión internacional), quien es conocida como "La Bruja de la Rosa Negra", debido a que puede causar daño real al adversario durante los combates. Además, su monstruo insignia es el Dragón de la Rosa Negra.
Se descubre finalmente que Ruka, Aki, Jack y Yusei comparten un destino relacionado con las Líneas de Nazca y que Rex Goodwin tenía planeado reunirles para revivir al Dragón Carmesí.
La serie empezó a ser emitida para Hispanoamérica por el canal de televisión de paga ZAZ, el 8 de mayo de 2009 hasta el 3 de marzo de 2011 y para Chile a contar del 2 de agosto de 2010 por el canal de paga Etc...TV.
En 2011 fue emitida en México por Cadena Tres.
En marzo de 2013 inicia a transmitirse en Argentina por el canal Telefe mediante el bloque ZTVZTV anuncia la llegada de Yu-Gi-Oh! 5D's.
En abril de 2018, el canal ¡Sorpresa! empezó a transmitir la serie en los Estados Unidos para la audiencia hispana.Yu-Gi-Oh! llega a la pantalla de ¡Sorpresa!.¡Sorpresa! Gets Ready to Rev It Up with the Premiere of Yu-Gi Oh 5D's.
En 2019 la serie se transmite por el canal Citytv Colombia, en la ciudad de Bogotá.
Argumento Primera temporada: Satélite La serie inicia mostrando un gran estadio similar a los de carreras de automóviles. Allí se celebra un duelo en el que aparece Jack Atlas y simultáneamente muestran a Yusei recorriendo Satélite en su D-Wheel. Cuando Jack gana el duelo, se declara a sí mismo con orgullo "el rey invencible". Yusei llega a una especie de hogar en el metro abandonado en el cual viven cuatro amigos de Yusei que llaman al lugar su guarida mientras Yusei allí repara su D-Wheel. La menor de los compañeros de Yusei, Rally, le da una sección de motor que dice haber encontrado en la basura, pero otro del grupo, Tank, le pregunta de dónde lo robó y antes de contestar suena la sirena y la policía del lugar, llamada Seguridad, rodea el lugar. Yusei distrae a Seguridad para que los otros escaparan y entra en duelo con un oficial de seguridad llamado Tetsu Ushio. Tras un largo duelo por el muelle en las D-Wheel y revelando el Deck de Sincronía de Yusei, este derrota a Ushio y escapa. Con la llegada del amanecer va a una autopista elevada en Satélite y recuerda aún más del pasado, cuando dos años atrás Jack estaba dentro del grupo de Yusei y en una batalla este derrota a Yusei y le dice que la fuerza de un duelista viene de adentro, dejando la duda (más tarde se revela) de cómo Jack llegó a Neo Domino. Yusei planea un viaje a Neo Domino usando las alcantarillas que envían la basura de Neo Domino a Satélite. Durante la única hora que se abrían para limpiarlas en el mes, Yusei la atraviesa con la D-Wheel siendo interceptado por Ushio nuevamente. Yusei lo derrota con ayuda de la carta que le dio Rally y logra entrar a Neo Domino antes de que se cierre.
La llegada a Neo Domino Cuando Yusei llega a Neo Domino, Jack estaba esperándolo en la salida del túnel. Jack le pregunta para qué vino y Yusei le dice que vino para recuperar la carta que Jack le robó. Jack se mofa de que no la necesita y se la lanza, pero Yusei se la lanza a él y le dice que mejor peleará por ella en un duelo. Jack guía a Yusei al estadio donde lucharán y comienza un duro duelo entre ellos donde llegará un momento de tanta adrenalina que se inicia entre ambos una verdadera tormenta y los ojos de ambos se enrojecen. Mientras los dragones de cada uno luchan entre sí, unas marcas rojas surgen en los brazos de cada uno y de entre las nubes aparece el Dragón Carmesí que sube al cielo y extiende las alas. Entonces se produce una explosión en la que ambos salen volando de sus D-Wheels. Ambos aturdidos y casi inconscientes se miran y observan las marcas rojas en el brazo del otro. En ese momento llega Seguridad y arresta a Yusei. Este es llevado ante un juzgado en el que automáticamente lo declaran culpable de destruir el estadio e invadir Neo Domino y lo "marcan", es decir, le colocan una especie de tatuaje amarillo que lo identifica como criminal proveniente de Satélite. La D-Wheel y el Deck de Yusei son confiscados y él es desplazado a una prisión donde conoce a un anciano llamado Yasagi, el cual le dice que esa prisión es mejor que varias en las que había estado ya que al parecer no tiene hogar donde estar, el de la prisión es gratuita. Lentamente Yusei se hace amigo de Yasagi y le cuenta lo que sucedió en el estadio. Yasagi le dice que conoce la leyenda del "Dragón Escarlata" pero no esperaba verlo nunca. Yasagi le cuenta la leyenda de los "Signos", cinco guerreros que tenían marcas de partes del Dragón Escarlata y cada uno poseía un dragón que, se decía, que cuando dos dragones de los cinco se enfrentaran, o los cinco signos juntos lo llamaran, el Dragón Escarlata aparecería. Mientras tanto, el jefe de la Junta de Mantenimiento de Seguridad, Goodwin, le muestra a Jack la misma historia en un gran holograma donde le dice que el Dragón Carmesí provenía del "Pueblo del Cielo" (posiblemente el imperio inca) y que allí nacieron los primeros Signos. Goodwin le revela que Jack es un Signo al igual que Yusei.
Mientras Yusei y Yasagi pasan por el campo de duelo de la prisión ven a un hombre llamado Himuro, el cual fue en el pasado un duelista profesional, y desafía a Yasagi, el cual acepta alardeando de su Deck basado en "los misterios del mundo" es decir, en objetos inexplicables u "OOParts". Himuro lo desprecia y lo derrota, pues al parecer, Yasagi no tiene el Deck para luchar sino porque le encantan esas cartas. De hecho, Yasagi no sabía ni siquiera cuáles eran los efectos de sus cartas. Himuro lo derrota y se burla de él y de sus cartas llamándolas "basura". Yusei se molesta pues él cree que en el mundo nada ni nadie es innecesario y le pide el Deck prestado a Yasagi para tener un duelo con Himuro. Yusei derrota a Himuro usando el mismo mazo que usó Yasagi demostrándole que ese mazo era tan digno como cualquier otro. Himuro acepta la derrota y traba amistad con Yusei y Yasagi. De acuerdo al análisis del video del duelo, Goodwin cree que Yusei es uno de los Signos elegidos por las estrellas y lo convence de hacerle unas pruebas para determinar si su teoría era cierta. Yusei se entera de que uno de sus compañeros de celda va a planear una fuga teniendo amigos esperándolo fuera para huir. Yusei le pregunta si planea una fuga masiva, a lo que él dice que no, puesto que no tienen forma de transportar tanta gente. Yusei le dice que si abandonaba a un amigo no podría ser verdaderamente libre pero que de todas formas lo iba a ayudar. Debido a que el carcelero intentara provocar a Yusei y de torturar a Yasagi y a Himuro, tiene un duelo contra Yusei. Yusei, sin Deck, recibe ayuda de todos los presos formando uno con la carta más preciada de cada uno. El duelo estaba lleno de trampas, ya que el carcelero hizo que pelearan con Discos de Duelo especiales, pues cuando un jugador perdiera Life Points recibiría una descarga eléctrica. Sin embargo, el carcelero se aseguró que su Disco de Duelo no tuviera ese sistema encendido para que Yusei sufriera y él no. Justo cuando el compañero de Yusei estaba a punto de fugarse, recordó lo que Yusei le había dicho anteriormente y decidió volver y ayudar a Yusei causando un cortocircuito para que el carcelero también recibiera daños por su Disco de Duelos y que no pudiera escapar del duelo. Sabiendo que lo espiaban, Yusei esconde una de las cartas de su mano bajo su manga y cambia el orden de las cartas que tenía en el Campo, con lo cual logró derrotar al carcelero que iba a incumplir su promesa y encerrar de nuevo a Yusei, pues si Yusei ganaba el duelo iba a ser liberado. Goodwin aparece para obligarlo a liberar a Yusei y, además, despedir al carcelero. Yusei queda en libertad. Yasagi y Himuro le prometen que en cuanto sean libres irán a reunirse con él. Antes de que Yusei se fuera, Himuro le dice que si quería recuperar su D-Wheel y su Deck fuera a ver a un hombre llamado Saiga.
Huyendo de Seguridad Yusei busca a Saiga en una cantina llamada Bootleg, donde le muestra al cantinero la carta que Himuro le dio y tras beber un trago de leche (originalmente en el manga lo que bebe es un whiskey) logra hallar a Saiga tras haber sido atacado por los miembros de Seguridad. Yusei llega al departamento de Saiga donde este empieza a buscar la localización de la D-Wheel de Yusei con su laptop y un sistema radar. Yusei observa una foto en la que se muestra a Saiga con otra persona sosteniendo un trofeo de un torneo de D-Wheel.
Saiga le cuenta a Yusei que él antes participaba en las ligas menores haciendo Riding Duels en equipo y que la otra persona era su compañero de equipo y su mejor amigo. Yusei le pregunta cuál era la carta que tenía en la mano su amigo. Saiga le dijo que no lo llamara así, porque ellos ya no eran amigos. Saiga le dice que le habían dado la posibilidad de subir de liga, pero solo, sin su compañero, y cada vez que él intentaba cortar el lazo, su compañero lo reforzaba con la esperanza de que subieran juntos de liga, y un día en un torneo un accidente hizo que se separarase la D-Wheel del asiento compartido donde iba el compañero y estuvieran a punto de chocar contra un tanque de combustible. Saiga se salvó, luego, su compañero pone su vida en riesgo de nuevo por recuperar la carta favorita tanto suya como de Saiga: "Francotirador de Maquinaria", pues esa carta era la prueba de la amistad de los dos. Saiga le dice entonces a Yusei que, para él, la palabra amigo no significa nada y Yusei no lo contradice porque siente que no tiene por qué convencer a Saiga teniendo él su propia opinión.
Saiga le dice a Yusei la localización del almacén y Yusei se lo agradece y se retira. Yusei accede al almacén donde se hallaba su D-Wheel y su Deck y tras golpear a unos guardias, logra entrar en su D-Wheel y recupera su Deck. Sin embargo, Ushio (el oficial de Seguridad al que Yusei enfrentó antes) va tras él. Tras un Riding Duel dentro del almacén, se aparecen en su camino guardias de seguridad y antes de que la D-Wheel perdiera el control por los choques, llega Saiga en su D-Wheel y le despeja el camino a Yusei diciendo que aunque aún no cree en la palabra amigo, tiene curiosidad de ver a dónde lleva a Yusei esa idea. Yusei escapa pero casi inconsciente y su D-Wheel choca contra un edificio en la zona alta de la ciudad conocida como "La Cumbre".