《遊戲王5D's》（日语：遊☆戯☆王5D's）是《遊戲王》系列動畫之一，自2008年4月2日起在日本首播，於2011年3月30日完結，全劇154集。
本作是《遊戲王》系列作（繼《遊戲王—怪獸之決鬥》、《遊戲王GX》）的第三部作品，同時也是集英社《週刊少年Jump》創刊40周年及《V Jump》15周年紀念作品。主標題去掉了歷代以來「怪獸之決鬥（Duel Monsters）」字樣，「遊戲王」LOGO也使用了全新的設計，雖然如此本作也繼承了將這個世界裏的卡片遊戲稱為「怪獸之決鬥」的說法。至今為止在動畫裏被使用過的卡片不久後會在公式化裏出現，然而本作的主角們使用的卡片有可能同一時間在公式化中也能玩到。因此與「遊戲王5D's Official Card Game」的綁定性也提高了。
舞台設定以及構想基礎皆來自《遊戲王》原作者高橋和希的初案，高橋也著手於主要角色、主要怪獸卡、D輪等設計。「讓舞台擴大到世界規模，其移動手段是必要的準備」、「前兩作普通決鬥已經淋漓盡致了，若要做續篇的話，想挑戰新的決鬥方式」等理由讓D輪以及騎乘決鬥成為本作主軸而被製作出來[1][2]。高橋自己打算在前作《遊戲王GX》中為《遊戲王》做結尾，但系列作發展超過高橋一人的範圍，牽涉到跨媒體的平台（ACG、原聲帶、集換式卡片），又因為和動畫製作組有熟識，各個原因之下，以最終工作的精神承接本作[3]。
故事原案是高橋以前繪製的漫畫草案。此時已奠定「燃燒的納斯卡線不斷冒出巨大的敵方同時對著五個騎車馳聘的戰士戰鬥」的概念，五個戰士會被下一代繼承也是共通的設定。此外，高橋提供的想法僅到黑暗者篇為止，WRGP故事的部分全由動畫製作組去著手。高橋以「故事最終的高潮讓人相當欽佩」等話來評價動畫製作組[1]。
《遊戲王5D's》的故事主要發生在新童實野市裡，除了在〈毀滅鎮〉篇裡場景短暫轉往毀滅鎮之外，多數的情節都發生在該市的不同區域[4]。新童實野市是《遊戲王－怪獸之決鬥》裡的童實野市經過數十年後的模樣，呈現階級社會。市內被分為數個區域，頂級區為尊、衛星區為卑。由治安維持局管理。在新童實野市裡盛行騎乘決鬥（ライディングデュエル），決鬥者駕駛著一種名為「D輪」的摩托車型決鬥盤，同時進行駕駛和決鬥。整個城市的能源建立於永轉機（モーメント，Moment）之上，永轉機是主角不動遊星的父親─不動博士開發、海馬娛樂集團管理的能源系統，是決鬥盤、D輪、立體影像系統的動力來源。而故事開始的17年前，因為第1號永轉機控制系統不完全運轉而引發的事故零點逆轉（ゼロ・リバース），造成鄰近的市區與衛星區地面裂開，身為負責人的遊星雙親死亡，主角也因此成為孤兒。
不動遊星與其友人一起生活在新童實野市的下層地帶「衛星區」。因被對手兼兒時玩伴：騎乘決鬥的王者傑克·亞特拉斯設局奪走了自己最重要的稀有卡「星塵龍」，為了把它奪回，遊星逃出了衛星區，前往都市區尋找傑克。再會後的兩人於競技場進行了騎乘決鬥。決鬥過程中兩人的手臂突然出現了紅色印記，最後伴隨著雙方的龍互相攻擊，神秘的紅龍出現了。得知此事的治安維持局局長雷克斯·葛德韋恩，將遊星的友人捉走作為人質，強迫他參加優勝者可以向傑克挑戰的「幸運盃」，其實這是葛德韋恩為了集合龍印者並使他們的力量覺醒所舉辦。在這場大賽裏被吸引過來的遊星與傑克、超能力決鬥者十六夜亞紀、天才決鬥少女龍可等四人都覺醒為「紅龍的龍印者」，最後遊星在幸運盃冠亞軍賽戰勝傑克，成為新的王者。
幸運盃落幕後，在衛星區一群名為「黑暗者」的決鬥者已經開始在暗中蠢蠢欲動，這正與遊星和傑克兩人在決鬥時所看到的蜘蛛地面巨畫有關。所謂黑暗者是一群來自黃泉之國的人們，也是龍印者命運中的宿敵，能夠展開會令決鬥者受到真實傷害的「黑暗決鬥」，以及使用一種叫「黑暗同步」的另類同步召喚，召喚出獨特的黑暗同步怪獸（等級是負的），而且還可以召喚特殊的3D立體黑暗怪獸「地縛神」。遊星為了徹底阻止黑暗者的陰謀，率領其他龍印者一同前往衛星區對抗他們，最後遊星在以禿鷹地面巨畫作為決鬥場地的最終決戰獲勝，紅龍亦同時成為遊星一行人的守護神。
黑暗者之戰的半年後，「代達洛斯橋」完工，彼此的隔閡消除，讓新童實野市改變了不少。全市建造了大量專為騎乘決鬥而設的高速公路，同時還開發了新的競技場魔法：激速世界2。然而在這得來不易的和平之後，來自未來世界的新威脅「世界本源滅四星」遂已悄然而至，他們企圖透過讓聖櫃搖籃墜落在新童實野市並藉此改變歷史。為了阻止他們，遊星一行人組成5D's隊參加世界騎乘決鬥大賽（WRGP），並與其他隊伍交戰。
雖然遊星在WRGP最終決鬥戰勝了阿波利亞，但名為聖櫃搖籃的超巨大Moment卻突然從天而降，即將針對新童實野市帶來災害性毀滅。為了拯救城市，他們前往聖櫃搖籃內部與各自的對手交戰。第一場決鬥，烏鴉與亞紀成功拯救被過去束縛的雪莉，同時令雪莉倒戈成為他們的一夥；第二場決鬥，龍亞為了守護同伴而覺醒為第六位「龍印者」，同時讓對手阿波利亞找回希望；第三場決鬥，布魯諾顯現自己的真正名字「安提諾米」透過決鬥教導遊星如何擊敗世界本源滅四星的領導者Z-ONE，並在最終犧牲了自己。
5D's隊在各自的對戰大獲全勝後，在雪莉的帶路下見到了Z-ONE，雖然遊星想與Z-ONE展開最後對決，但中途被阿波利亞阻止，因為受到龍亞感動而找回希望的他決定先跟Z-ONE決鬥，同時也讓遊星親眼見識Z-ONE的牌組及戰術。阿波利亞戰敗後，其身體的一部分化作遊星號的雙翼，讓遊星能飛上天空與Z-ONE展開最終決戰，這場決鬥也全程實況轉播，全市的人民都視遊星為新童實野市的救世主。Z-ONE在決鬥中表明了真實身分，他是為了拯救被毀滅的未來而回到過去的科學家，還自稱是未來的遊星。遊星則集結了同伴的卡片召喚出他最強的怪獸「流天類星龍」，一一破解Z-ONE的防守，並在最後一回合以星塵龍直接擊敗Z-ONE。敗北後，Z-ONE將人類的未來託付給遊星，並犧牲了自己以阻止聖櫃搖籃墜落。
聖櫃搖籃之戰的翌年，新童實野市邁向了全新的時代，治安維持局走入歷史，新童實野市政府掛牌成立。5D's隊也都有了嶄新的人生目標，並各自逐夢去，紅龍也同時出現將龍印記收回便接著離去，就此完成在現世的使命。最後以遊星在代達洛斯橋藉由擊掌送別其餘五人後，獨自一人返回新童實野市作為本劇的完結。
《10th週年劇場版 遊戲王 ～超融合！跨越時空的羈絆～》是《遊戲王》系列十週年的劇場版動畫，故事描述《遊戲王—怪獸之決鬥》的「武藤遊戲」、《遊戲王GX》的「遊城十代」及《遊戲王5D's》的「不動遊星」三位主角，共同對抗世界本源滅四星之一「帕拉杜克斯（パラドックス）」。