15世纪的欧洲某国。在跳级中被允许进入大学的神童拉法尔。他回应了周围的期待，宣布将专攻当时最重要的神学。但是，从以前开始就热心投入的对天文的热情一直没有被抛弃。 有一天，他遇到了一位名叫休伯特的神秘学者。因为触犯了基于异端思想的禁忌而受到拷问，被关进监狱的休伯特。 他研究的是关于宇宙的冲击性的“某个假说”——。
2022年，人类实现了现实世界和假想空间的融合，电子制造商开发了名为《刀剑神域（Sword Art Online）》的在线电子游戏。SAO甫一面世便大受好评，限量一万份的名额在发售当天的短时间内便被抢购一空。通过联网，玩家可以身临其境进入充满想象力和异域风情的游戏世界——浮游城市艾恩葛朗特。玩家在这里可以生活、练武、升级、经商、探险，与真实世界别无二致，却拥有无上的乐趣。曾是少数封测玩家的桐人（松冈祯丞 配音）也是这一万名幸运者中的一员。最初的兴奋过后，玩家们却发现根本无法顺利登出游戏，更为恐怖的是，一旦玩家的HP归零，现实世界中他们的肉体也将死亡。他们被SAO的开发者茅场晶彦（山寺宏一 配音）困在游戏中，顺利逃脱的方法似乎只有一个，那就是完成困难重重的攻略任务…… 本片根据川原砾的轻小说改编。
