Anime ini berlatar di masa depan, ketika telah terciptanya suatu teknologi game masa depan (VRMMORPG) yang memungkinkan kesadaran pemainnya untuk dapat masuk ke dalam dunia virtual dengan menggunakan alat yang bernama Nerve Gear.

Sword Art Online sendiri merupakan salah satu game yang menggunakan teknologi tersebut.

..Ceritanya berpusat pada seorang anak bernama Kirigaya Kazuto atau yang lebih dikenal dengan nickname Kirito, salah seorang pemain SAO.

Masalah mulai muncul ketika mereka yang tengah bermain game, tidak bisa log out begitu saja.

Sang pencipta permainan, Kayaba Akihiko ternyata merancang SAO sebagai sebuah game yang mengerikan, dimana pemain hanya bisa log out setelah mencapai lantai 100 dan mengalahkan bos terakhir.

Lebih mengerikannya lagi, Nerve Gear yang digunakan untuk bermain SAO telah dirancang agar jika para pemain mati dalam game, mereka juga akan mati di dunia nyata.

SAO pun menjadi sebuah game hidup mati yang mempertaruhkan nyawa para pemainnya.