2022年，人類實現了現實世界和假想空間的融合，電子制造商開發了名為《刀劍神域（SwordArtOnline）》的在線電子游戲。SAO甫一面世便大受好評，限量一萬份的名額在發售當天的短時間內便被搶購一空。通過聯網，玩家可以身臨其境進入充滿想象力和異域風情的游戲世界——浮游城市艾恩葛朗特。玩家在這里可以生活、練武、升級、經商、探險，與真實世界別無二致，卻擁有無上的樂趣。曾是少數封測玩家的桐人（松岡禎丞配音）也是這一萬名幸運者中的一員。最初的興奮過后，玩家們卻發現根本無法順利登出游戲，更為恐怖的是，一旦玩家的HP歸零，現實世界中他們的肉體也將死亡。他們被SAO的開發者茅場晶彥（山寺宏一配音）困在游戲中，順利逃脫的方法似乎只有一個，那就是完成困難重重的攻略任務……本片根據川原礫的輕小說改編。