“这虽然是游戏，但可不是闹着玩的(これは、ゲームであっても、遊びではない)。” 2022年，大厂牌电子机械制造商“ARGUS”发表了-“NERvGear”-能连结虚拟世界的机器。完全且普及的虚拟现实终于能够实现。
艾恩葛朗特篇(アインクラッド，Aincrad)
第1部。小说版：第1・2卷、第8卷、进击篇(プログレッシブ);动画版：第1-14话(第1期)
桐人(桐谷和人)是使用NERvGear 游玩VRMMORPG“Sword Art Online”的玩家。很幸运的参与过封闭测试、并买下正式版的和人，在2022年11月6日与正式营运就马上“完全潜行Full Dive”的9999名玩家一起，享受着正式版的SAO世界。
但感动是短暂的，四小时多后，桐人发现封测时确实存在的登出指令竟然消失。认为只是系统暂时出错的桐人以及开始陷入混乱的所有玩家一起被传送到开始地点广场，但头上传来的不是等待许久的故障公告，而是自称是SAO游戏设计者“茅场晶彦”的人淡淡开始的死亡游戏说明：不能登出是游戏的正常现象，只有打倒位于“艾恩葛朗特顶楼第100层的Final Boss”——达成完全攻略——才是离开这个世界唯一的方法。并且，在游戏内Game Over或是尝试脱下NERvGear，玩家会立刻被NERvGear发出的高频率微波破坏脑部而死亡。
因为恐惧的影响，最初的一个月内死亡人数就突破了2000多人，然而玩家们终究习惯了这个真实存在的异世界。两年后的今日(2024年10月17日)，尚有6000多名玩家存活，最前线已推进到第74层，桐人在第74层中使出了二刀流，并打倒了头目-青眼恶魔。在第75层中，桐人发现血盟骑士团的团长-希兹克利夫就是最终Boss茅场晶彦...
进击篇(プログレッシブ)
第1部前传。小说版：《SAOP》第1～卷;动画版：第2话(第1期)
死亡游戏开始后的一个月(2022年12月2日)，在艾恩葛朗特当中已经有约二千名玩家死亡。谁都无法突破第1层而封测玩家与一般玩家陷入一直互不相让的时候，由自称骑士的玩家迪亚贝尔主导终于举行首次的头目攻略战。于是桐人(黑色剑士)在那场第1次头目攻略战会议场合中与帮忙的少女亚丝娜(未来的血盟骑士团副团长)变成组成二人组。但是迪亚贝尔因为在楼层头目的战斗中身故的结果，桐人为了平息封测玩家与一般玩家的对立而不得已被迫自封“封弊者”的恶名，失去形象的攻略玩家们也因为攻略方针的不同而彻底分裂为二个派别，更进一步从内部煽动派别对立对玩家们对战滥杀(PK)，也就是拟意图逾越杀人界线“煽动PK集团”的样子现象。尽管桐人与亚丝娜在攻略集团当中身受立场微妙，又私底下对立与煽动PK集团派别之间的暗潮汹涌居中协商而奔走的同时亦自行前往挑战攻略艾恩葛朗特。
妖精之舞篇(フェアリィ・ダンス，Fairy Dance)
第2部。小说版：第3・4卷;动画版：第15-25话(第1期)
经过桐人(桐谷和人)和希兹克利夫在艾恩葛朗特75层的死斗后，包括桐人在内的6000名SAO玩家，回到了现实世界。但包括明日奈在内，尚有300名玩家仍然昏迷不醒。SAO的营运公司也被明日奈父亲的公司收购。在2025年1月19日，和人探望仍在病床的明日奈时，遭到明日奈父亲的养子须乡伸之的鄙视挑衅。之后和人从在艾基尔那得到了亚丝娜可能被囚禁在另一款VRMMORPG“Alfheim Online”的情报。桐人为了解救亚丝娜而进入了该游戏，初到这异世界时，遇见了自己的表妹莉法(桐谷直叶)...
幽灵子弹篇(ファントム・バレット，Phantom Bullet)
第3部。小说版：第5・6卷;动画版：第1-14话、第14.5话(第2期)
桐人(桐谷和人)在莉法等人的帮助下、打破须乡伸之阴谋救出亚丝娜后的2025年12月。
菊冈诚二郎以半威胁半利诱的方式请和人协助调查发生在VR射击游戏“Gun Gale Online”内的奇异事件：“自称‘死枪(Death Gun)’的玩家拥有枪击游戏内角色而杀死现实玩家的能力。”
第一次进入这陌生的世界的桐人，首先须适应的是自己身体成了长发伪娘，而在一阵手忙脚乱之中，遇有着天蓝色短发的女孩伸出援手，与桐人联手挑战“死枪”……
圣剑Excalibur篇(アーリー・アンド・レイト，Calibur)
外传。小说版：第8卷;动画版：第15-17话(第2期)
在结束“死枪事件”后，桐人(桐谷和人)回到ALO进行游戏，来自GGO的新伙伴“诗乃”也在ALO 建立了新角色——猫妖族弓箭手后加入了桐人的队伍。2025年12月28日，一行人决定前往ALO的“幽兹海姆”，目标取得最稀有道具“圣剑Excalibur”的新冒险。本篇故事的神话设定取自《诗体埃达》(Poetic Edda)的《皇家手稿 - 索列姆之歌(英语：Þrymskviða)》(Thrym's Poem)。
圣母圣咏篇(マザーズ・ロザリオ，Mother's Rosario)
外传。小说版：第7卷;动画版：第18-24话(第2期)
“死枪事件”结束的数周后(2026年1月)。在某次ALO大型改版时，导入了崭新的“原创剑技”系统。而在ALO的艾恩葛朗特24层出现一名谜样女孩，她以自己前所未见的十一连击原创剑技作为赌注与别人进行决斗。击败了甚至包含未开启二刀流的桐人(桐谷和人)在内的60名玩家，而赢得“绝剑”的称号。
对此产生兴趣的亚丝娜开始寻找这位拥有比桐人更快反应速度的玩家。在亚丝娜与她对决后，这名女孩邀请亚丝娜加入自己的队伍，并拜托亚丝娜一件让亚丝娜意想不到的事情。同时意外的牵扯出这名女孩背后一连串的故事。
序列之争 (オーディナル・スケール，Ordinal Scale)
是原作川原砾依据《刀剑神域》小说为基础的全新作品，并以电影化方式制作。
2026年4月，划时代的新型AR(增强现实 )专用可穿戴式装置“Augma”，搭配《序列之争 》(Ordinal Scale，OS)开始贩售。
剧情主轴承接动画版第二季的时间序之后
主条目：刀剑神域：序列之争
Alicization 篇(アリシゼーション，Alicization)
第4部前半部分(人界篇)。小说版：第9～14卷;动画版：第1-24话(第3期第1部)
“死枪事件”结束的半年后(2026年6月)，桐人(桐谷和人)答应菊冈诚二郎去参加新款OLG的测试。没想到在打工空档时，在现实世界中竟遇上艾恩葛朗特时的杀人公会“微笑棺木”、也是“死枪”事件的余党前来复仇。在和人负伤送医后，从病房中消失。亚丝娜为了寻找和人，找上茅场晶彦的恋人——神代凛子寻求其协助。
Alicization Under World 大战篇(アリシゼーション アンダーワールド大戦，Alicization War of Under World)
第4部后半部分(大战篇)，简称“WoU”。小说版：第15～18卷;动画版：第1-话(第3期第2・3部)
桐人与将人界人民变成可怕武器的“公理教会”以及身为人界统治者系统管理者亚多米尼.史特蕾达的艰苦战斗结束的代价是尤吉欧过世与本身失去意志。与桐人并肩作战的“整合骑士”爱丽丝带着桐人远离卢利特村过着与世无争的生活。但是知情人界与暗之国的全面战争一触即发的爱丽丝带着桐人前往战场。另一方面在现实世界当中设置Under World的“海龟”设施因为神秘袭击者们而受到占领。亚丝娜携手桐人为营救苏醒的完全人工智能爱丽丝决定登入Under World。然后开始率领袭击者们取得人类灵魂的加百列也以暗神贝库达身份登入Under World并拟以侵略人界夺取爱丽丝，虽然这样拉大对抗爱丽丝们人界军战力落差之际因为亚丝娜以创世神史提西亚之姿降临参战而扭转。但是因为海外VRMMO玩家大量投入的策略使得双方陷入混乱，爱丽丝因为加百列趁火打劫不幸地被绑架而人界军与暗之国军暂时停战遂转向营救，在那里出现的是同样化身女神的莉法与诗乃，响应结衣的愿望而前来营救的克莱因们日本的VRMMO玩家们。再次陷入战况当中是这次身为加百列部属的瓦沙克是SAO最坏的杀人魔PoH率领全新的势力，对着亚丝娜们的身心穷追不舍。
Moon cradle 篇(ムーン・クレイドル，Moon Cradle)
第4部外传。小说版：第19・20卷
桐人与亚丝娜被困Under World 200年期间初期发生的故事。
在大战终结而成为一个Under World当中人界与暗之国的人们开始往来，成为人界方代表的桐人考虑到这种和平无法长久、应该避免争端而向Under World宣传着现实世界的先进技术。在那当中不幸再次发生不应该发生的杀人事件，在这事态之际桐人开始与成为见习整合骑士的学妹骑士罗妮耶共同搜查。
Unital Ring 篇(ユナイタル・リング，Unital Ring)
第5部。小说版：第21卷、第23～卷
桐人与亚丝娜从Under World回归现实世界一个半月之后(2026年9月)，虽然在现实世界获得身躯的爱丽丝面貌就在ALO小木屋中的桐人与亚丝娜们身旁，却不幸地突然遭到强制转移到谜一般的游戏“Unital Ring”。强制转移开启了来自超过数百种虚拟世界将近数十万玩家规模人数的残酷开放世界生存游戏的序幕。
《他种族间交流法》，是为了与至今为止被各国政府隐瞒存在的人类以外种族实现交流而制定出来的新方案。以此为基础文化交流积极地推动起来。作为全面开放前的准备工作，各种族所挑选的少量代表们开始进入人类社会的寄宿家庭居住，让一般人慢慢接受亚人物种的同时，也观察亚人种族进入人类社会所遭遇的障碍与问题。
在这样的背景下，原本并非寄宿家庭的少年来留主公人，因为担任调解人的保安局局长墨须的意外失误，将半人半蛇的亚种人蛇族交换学生——米亚安排寄宿在其住宅处。对正在进行文化交流的公人来说，非比寻常的刺激与搞笑生活就此展开序幕。随着公人陆续邂逅其他亚人种族的女性，让她们寄宿在自家，还有和其他亚人种族的互动，这些环绕在人类和亚人种族的诸多事件，亦让公人以往的观念产生变化……。
他种族间交流法
于本作剧情开始的三年前，人类与非人种族为了能互相交流而订定的法案。先由少数代表进入人类社会实验，在文化、生活、职业等各个层面进行尝试，最终目标是让非人种族与人类社会能够完全融合。
因应这项法案的成立，人类社会逐渐拓展出能针对非人种族的需求提供服务，以及处理人类和非人种族冲突的的设施和机制。违反他种族间交流法的人类会被政府当局拘捕，非人种族若违反这项法规，则会视程度轻重做出处置，最严重的甚至会被遣返回国。但其实还有许多漏洞没解决，例如人类没法拘捕与伤害非人族，导致他族犯罪时只能靠“MON”阻止，亦不能与他族性交(也算是伤害的一种);有些人类则会借着非人族不可伤害人类的规范，对其作出言词攻击和精神伤害，甚至以此为把柄威胁非人族不得反击。某些未知种族也不在他种族间交流法的管辖范围。有鉴于此，民间企业开始陆续成立弥补政府机构处理非人种族突发事件的漏洞的专门组织，同时民间也有些民营和地下犯罪组织会暗助某些非人族偷渡进入人类社会，更甚著从事犯罪行为。
现阶段正在试行放宽人类与非人之间亲密关系的限制(例如像拉米亚族这种全族皆为女性的非人种族对人类男性有迫切的需求)，家中有复数异种族成员的公人被当成试验品之一。目前已知法条为“人类和非人种族不得相互伤害”、“非人种族必须有寄宿家庭成员陪同或持有单独外出许可证才可外出”等。
寄宿家庭
政府为前来人类社会交流的异种族安排的人类寄宿家庭。登记在案的寄宿家庭将会被政府关注，负责协助异种族理解和适应人类社会，亦能提供收据向政府申请辅助，例如为因应异种族的需求改建房屋的建设经费、供给不良于行的异种族的行动辅具、伙食费的金额等。异种族可透过书面申请，委托政府协助寻找合适的寄宿家庭，而被选中的寄宿家庭则会取得非人种族的“寄养证”做为证明。倘若寄宿家庭决定中止或转移和异种族的寄宿关系，或是让申请待在其他寄宿家庭里的异种族住进自家，则需申请寄宿家庭所属权转移的手续方可生效。
没有向政府登记为寄宿家庭，却让异种族住在自家的对象，将会被视为非法收留和做出处置;但是非法入境和未经登记而住进人类家庭的异种族，亦将无法获得任何辅助;实际上也不乏有寄宿家庭违反政府规定，私自透过金钱交易出售寄宿家庭所有权的情况。目前暂无异种族寄宿人数的上限规定。
寄宿家庭所属权
人类寄宿家庭让异种族人士寄宿在自家的权利。
寄养证
登记在案的寄宿家庭和异种族透过正式手续，完成申请寄宿的流程后，政府发给寄宿家庭攸关该异种族人士的寄宿证明。若是异种族因故终止寄宿关系，保安局将会收回并代为保管其寄养证，直至异种族人士依照正规流程被安排至新的寄宿家庭为止。
纹星町
本作主要舞台，座落于琦玉县朝霞市的虚设市区，来留主公人的住处所在。
雪深町
本作虚设的观光温泉地区，公人和异种族成员们光顾并协助该地活动后，当地居民亦和种族交流保安局合作举办种族交流派对和推广当地观光。
保安局
因应《他种族间交流法》的成立而设置的政府警方组织，主要负责处里人类与非人种族违背《他种族间交流法》的违法事项和各类纠纷。
MON
全名“Monsters' New Law”，因应《他种族间交流法》中人类与异种族不得互相攻击的规范而成立的保安局隶属特殊反应部队。由墨须带领，其他成员皆由异种族组成，主要应对异种族在人类社会的犯罪行为。
交流EXPO
全名“异种族交流博览会”，为异种族交流协会为促进种族交流举办的大型世界博览会。有许多提供因应异种族交流和需求商品的商家(特别是各大民营赞助商)于此设摊，并附设异种族文化展示体验区，也有提供寻找宿主的异种族留学生及欲提供寄宿机会的宿主们认识的“异种族留学速配派对”。
诸多异种族专用商品，如博尔特和半人马族合作研发的骑马运动机器“半人马Specia”、专供给手臂为翼构造不便拾物取物的异种族使用的可拆卸式义手“多种族翼手系义手”、可让双足部分不利于行的异种族独自操作行动，而且无论水里陆地都能动自如的轮椅“水陆用轮椅”、专为本无穿鞋习惯的半人马族设计的鞋子“半人马专用鞋”、专为拉米亚族、人鱼、爬虫类种族等有尾异种族设计的毛刷型尾部清洁器“尾部洗洁器”、专供普遍夜视能力较弱的哈耳庇厄族配戴的夜视眼镜“哈耳庇厄专用夜视镜”、专门为拥有吸血习性的异种族制作的人工合成可食用血液“饮料用人工血液”等。
为了方便让现场参观的异种族访客休息活动，也有提供专属的异种族休息室。
魔物种族
本作登场的亚人魔物种族，通称“异种族”，因为他种族间交流法的立定，各族陆续有代表被派往人类社会交流，始逐渐被人类社会所认知。然而因为人类对魔物种族的认知尚未完全，所以仍不乏出现人类对魔物种族的歧视对待。
登场的魔物种族涵括东西方世界传说里和现实里的大众文化(如游戏和小说)所提及的魔物，由于许多魔物种族是融合半人半动物的特性，每逢满月许多有半动物特性的魔物会处于欲望高涨的状态，所以试图在满月控制自身本能的异种族，会于满月夜服用强效安眠药帮助自己睡着。