L’histoire tourne autour d’un gamer de génie nommé Kazuto « Kirito » Kirigaya qui entre dans une réalité virtuelle massivement multi-joueurs en ligne (MMO) appelé Sword Art Online. La particularité du jeu est sa dangerosité. En effet, il n’y a pas d’échappatoire à ce monde, sauf si le joueur termine entièrement le jeu, car tout « game over » signifie la mort du joueur dans la réalité.

Naofumi est projeté dans un monde proche en tout lieu d'un jeu de rôle d'heroic fantasy. Mais alors que d'autres héros ont été dotés d'armes offensives redoutables, Naofumi hérite d'un bouclier aux capacités limitées pour progresser dans ce jeu où le danger peut surgir à chaque instant. Trahi par sa partenaire et vilipendé par la population, le jeune homme ne peut désormais compter que sur lui-même pour survivre dans cet univers hostile... et peut-être sur une jeune fille désœuvrée aux ressources insoupçonnées.

Dans une école où des orphelines sont élevées pour devenir des armes, la mort est monnaie courante et le chagrin est interdit. Sheena, 14 ans, se rebelle contre cette vie brutale. Mimi, une mystérieuse jeune fille couverte de sang, refuse de céder à son sort. Dans un monde fondé sur la violence, ces deux jeunes filles se battent pour préserver leur humanité.