刀剑神域第一部讲述的是一个发生在近未来的故事，在刀剑的故事背景中，人类已经开发出了直接连接脑部信号的沉浸式网络游戏，主人公‘桐人’及众多玩家在进入新上线的名为刀剑神域的网游后，被游戏开发者茅场晶彦劫持，既无法退出游戏，也无法断开链接，任何物理登出都会造成玩家脑死，而在游戏中，茅场晶彦为了贯彻自己创造‘新世界’的理想，所有玩家在游戏中死亡，则在现实中也会死，唯一能够逃出游戏世界的方法是通关游戏。
在这种情况下，主角桐人开始凭借着自己高超的游戏技巧攻略游戏。在游戏世界的生活中，他结识了一个菜鸡团队，并成功得撩到了团队里的萌妹子‘幸’，但不幸的是，由于团队中的菜鸡没有注意他的警告作了死，结果导致除了他以外队伍全灭，幸也不幸遇难，随后他成为了独行侠，把网游当成单机打。
但网游的魅力在于与人交流，虽然桐人一心想单机快速刷，但无奈关卡的BOSS很难过，必须组队才能刷，在这种情况下，桐人又结识了女主角亚丝娜，一个游戏里的白富美，然后开始逐渐走出‘幸’死亡的阴影。在与亚丝娜一起组队进行活动中，两人慢慢相互有了好感，成为了情侣，得到爱的加持的桐人越来越猛，在经历各种事件后，终于在最后打败了潜伏在开荒团里当团长的GM茅场晶彦，在半途就通关了游戏，众人都得到了救赎。
就在桐人离开游戏世界，打算在现实世界里和白富美亚丝娜面基，过上幸福生活的时候，却发现亚丝娜和一部分人没有醒过来，伤心欲绝的桐人在得到一丝线索后开始调查事情的经过，期待靠自己重新拯救妹子。随后他发现亚丝娜似乎是被擅自转移到了一个采用刀剑神域构架的新游戏中，不甘的桐人注册新账号，进入新游戏，在妹妹的引领下，重新开战。
在经过了种种事件后，终于凭借当年从GM茅场晶彦那里得到的源代码外挂，把幕后黑手——一个觊觎亚丝娜美貌和她家财富的白眼狼干掉，救出了女朋友，并在现实世界也将这犯人投入了大牢，获取了最后的胜利。
在结束这一切后，桐人和亚丝娜终于过上了现实，游戏都无比性福的没羞没躁的快乐生活。
