การเล่าเรื่องมีศูนย์กลางอยู่ที่โปรแกรมเมอร์ผู้มีพรสวรรค์ Kirigaya Kazuto ผู้ซึ่งหมกมุ่นอยู่กับเกมเสมือนจริงชื่อ Sword Art Online หรือ SAO อย่างไรก็ตาม หลังจากเข้าสู่ระบบเกม คาซึโตะก็พบว่าเขาไม่สามารถออกจากระบบได้ ตอนนี้ผู้เล่นของเกมติดเกมนี้อย่างถาวรแล้ว ไม่มีใครรู้ว่าวัตถุประสงค์ที่แท้จริงของผู้พัฒนาเกมคืออะไร และวิธีเดียวที่จะหลบหนีได้คือต้องเล่นเกมให้จบ หากไม่ทำเช่นนั้นจะส่งผลให้ผู้เล่นเสียชีวิตอย่างแท้จริง ดังนั้น Kazuto จะต้องเล่นเกมให้สำเร็จเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดในการออกจากโลกเสมือนจริง หรือต้องเผชิญกับผลที่ตามมาจากการตายของเขา ร่วมเดินทางไปกับ Kazuto ในเกม Sword Art Online