故事发生在拥有通称“地下城”的广阔的地下迷宫的迷宫都市欧拉丽，想成为冒险者并且向往像英雄冒险谭中那样的“与异性命运的邂逅”的主人公贝尔·克朗尼，在这个地方遇见了一位小“神仙”赫斯缇雅，而她正四处寻找自己“眷族”的成员。吃了不少“眷族”闭门羹的贝尔在听了其劝诱后，立马就决定加入。某日，贝尔在地下城遭到了怪物“弥诺陶洛斯”的袭击，由于水平之差而无计可施的贝尔面临走投无路的危机，而在千钧一发之际，最强冒险者艾丝·华伦斯坦出手相助。就在这一瞬间，贝尔对艾丝一见钟情。就这样，一段眷族神话正式拉开帷幕。
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。
在艾伦他们居住的帕拉迪岛之外，还存在一个其他人类居住的世界。当中一个国家「玛雷」与其他各国爆发战争。陷入苦战之际，他们决定要攻进帕拉迪岛，把「始祖的巨人」抢过来。在这里又看到另一群孩子们拼命求生存的身影……。
时值19世纪末，大不列颠盛世的伦敦—— 莫里亚蒂伯爵家长子‧艾伯特非常厌恶深植于这国家的阶级制度。而在结识了家中从孤儿院收养来的一对兄弟后，他决定推动净化世界的壮阔计划。名侦探夏洛克‧福尔摩斯的宿敌·莫里亚蒂教授背后不为人知的故事正式揭幕！
