刀劍神域是一個虛擬的世界，故事的設定是在一個使用虛擬現實技術製作的線上遊戲——SAO中，玩家被困在遊戲世界裡，只有通過戰鬥才能獲得求生機會。主角桐人最終在SAO中擊敗了最終BOSS並獲得了成功逃脫的資格。隨後故事轉到了現實世界，玩家桐人遭遇了一個以現實為舞台的殘酷殺手“妖精之舞”，而這個組織的目的正是為了實現“完全潛行”，即讓人們完全沉浸在虛擬世界中。桐人和夥伴們一起對抗這個組織，最終成功阻止了他們的計畫。
此外，刀劍神域還衍生出了一些其他的故事線，如女角亞絲娜的劇情、公會之間的爭鬥等，以及一些外傳和短篇故事。
總的來說，刀劍神域的故事主要圍繞著遊戲和現實兩個世界展開，講述了玩家們的冒險、戰鬥、成長和愛情等故事。