SAO篇講了男主在死亡遊戲中奮鬥，為解放遊戲中的人們而戰的故事，ALO篇講了男主救女主的故事。 以上第一季。 ，，，，，，，幽靈子彈篇講了男主助政府調查GGO遊戲殺人事件的故事。聖母聖頌篇講了女主男主與朋友們的故事。 以上第二季。

刀劍神域第一部講述的是一個發生在近未來的故事，在刀劍的故事背景中，人類已經開發出了直接連線腦部訊號的沉浸式網路遊戲，主人公‘桐人’及眾多玩家在進入新上線的名為刀劍神域的網遊後，被遊戲開發者茅場晶彥劫持，既無法退出遊戲，也無法斷開連結，任何物理登出都會造成玩家腦死，而在遊戲中，茅場晶彥為了貫徹自己創造‘新世界’的理想，所有玩家在遊戲中死亡，則在現實中也會死，唯一能夠逃出遊戲世界的方法是通關遊戲。

在這種情況下，主角桐人開始憑藉著自己高超的遊戲技巧攻略遊戲。在遊戲世界的生活中，他結識了一個菜雞團隊，併成功得撩到了團隊裡的萌妹子‘幸’，但不幸的是，由於團隊中的菜雞沒有注意他的警告作了死，結果導致除了他以外隊伍全滅，幸也不幸遇難，隨後他成為了獨行俠，把網遊當成單機打。

但網遊的魅力在於與人交流，雖然桐人一心想單機快速刷，但無奈關卡的BOSS很難過，必須組隊才能刷，在這種情況下，桐人又結識了女主角亞絲娜，一個遊戲裡的白富美，然後開始逐漸走出‘幸’死亡的陰影。在與亞絲娜一起組隊進行活動中，兩人慢慢相互有了好感，成為了情侶，得到愛的加持的桐人越來越猛，在經歷各種事件後，終於在最後打敗了潛伏在開荒團裡當團長的GM茅場晶彥，在半途就通關了遊戲，眾人都得到了救贖。

就在桐人離開遊戲世界，打算在現實世界裡和白富美亞絲娜面基，過上幸福生活的時候，卻發現亞絲娜和一部分人沒有醒過來，傷心欲絕的桐人在得到一絲線索後開始調查事情的經過，期待靠自己重新拯救妹子。隨後，他發現亞絲娜似乎是被擅自轉移到了一個採用刀劍神域構架的新遊戲中，不甘的桐人註冊新賬號，進入新遊戲，在妹妹的引領下，重新開戰。

在經過了種種事件後，終於憑藉當年從GM茅場晶彥那裡得到的原始碼外掛，把幕後黑手——一個覬覦亞絲娜美貌和她家財富的白眼狼幹掉，救出了女朋友，並在現實世界也將這犯人投入了大牢，獲取了最後的勝利。

在結束這一切後，桐人和亞絲娜終於過上了現實，遊戲都無比性福的沒羞沒躁的快樂生活。

刀劍神域動漫版共分5部分。

第一部分是SAO(Sword Art Online)，講述的是桐人和其他9999人在進入由茅場晶彥開發的VR世界——艾恩格朗特後無法登出，只有憑自己的實力擊敗位於100層的boss才可以結束遊戲。桐人和亞絲娜等人結成攻略組，在75層boss被擊敗後，桐人與血盟騎士團團長西斯克利夫(茅場晶彥)決鬥後升級，將遊戲終結。

第二部分是ALO(Waldheim Online)，講述的是桐人在SAO後回到現實世界，可是亞絲娜並沒有回來。桐人在亞絲娜所在的醫院碰到了她的未婚夫須鄉申之，並被告之亞絲娜將於他舉行婚禮，亞絲娜至今未醒也是他一手操作。在從SAO老玩家艾基爾那得到ALO中好像有亞絲娜的身影的訊息後，桐人帶上NervGear(連線VR世界的一個媒介)前往ALO(妖精的國度)。在ALO中，他先遇到了他的妹妹直葉，並和她一起打到了世界樹，桐人在得到VR世界中茅場的輔助後，擊敗須鄉申之，成功將亞絲娜救醒。

第三部分是GGO(Gun Gale Online),桐人受菊田委託進入GGO調查死槍事件。在這個槍戰遊戲中，桐人遇到了朝田詩乃，兩人參加了GGO舉行的大賽，在大賽中發現了死槍的秘密。死槍團伙是桐人在SAO裡與攻略組一起打擊的紅名公會微笑棺木的倖存者，桐人最終解決了他。

第四部分是聖劍篇，主要是桐人、亞絲娜、克萊因、艾基爾、詩乃、利茲貝特、西莉卡和莉法一起去找Excalibur(斷鋼聖劍)的故事。在找到斷鋼聖劍的同時，還拯救了妖精國度。

第五部分是絕劍篇，主要是亞絲娜和完全潛行玩家優紀的故事。亞絲娜幫助已經病入膏肓的優紀完成心願，與她們共度難關。

刀劍神域是一部比較經典的動漫，深受廣大動漫愛好者的喜愛。

主要講的就是主人公玩兒一個自己參加過內測的遊戲，做遊戲的技術宅反社會了，所有人都被強行留在遊戲世界裡強行結束遊戲就死，在遊戲裡被殺也會死然後所有。人就開始了挑戰boss開啟新一層的故事主人公認識到女主然後戀愛了，最後主人公透過感動使得技術宅結束了遊戲。