2022年，人類實現了現實世界與假想空間的融合，電子制造商開發了名為《刀劍神域（Sword Art Online）》的在線游戲。SAO憑借獨特的全潛行技術引發熱潮，限量一萬份的名額在發售當日售罄。玩家通過聯網進入浮游城艾恩葛朗特，在這個沉浸式世界中生活、戰斗與探險。曾參與封測的玩家桐人（松岡禎丞配音）是萬名玩家之一，但興奮很快被恐懼取代——所有人無法登出游戲，開發者茅場晶彥（山寺宏一配音）宣布只有通關100層迷宮才能逃脫，而角色死亡將導致現實肉體消亡。隨著攻略推進，玩家傷亡不斷增加，桐人憑借封測經驗成長為獨行劍士，在與白發魔導師尤吉歐（未在原文提及角色）等同伴的協作中逐漸接近真相。最終桐人與茅場晶彥展開對決，擊敗其AI人格并解除死亡游戲限制。幸存玩家在兩年后成功回歸現實世界，而這場災難也改變了虛擬技術的發展軌跡。本片根據川原礫同名輕小說改編，由I.G.TAIGA與A-1 Pictures聯合制作。