Reki Kawahara a écrit le premier volume en 2002 et l'a présenté au Prix du roman de jeu Dengeki (電撃ゲーム小説大賞, Dengeki Game Shōsetsu Taishō, désormais appelé Grand prix du roman Dengeki) mais le projet a été refusé car il dépassait le nombre de pages limite. Il l'a alors publié sur internet sous le pseudonyme Fumio Kunori. En 2008, il participe de nouveau à la compétition avec son roman Accel World et a gagné le Grand prix. En plus de ce roman, l'éditeur ASCII Media Works a demandé à Reki Kawahara de reprendre son ancien projet, Sword Art Online, ce qu'il a accepté. La publication a alors commencé en avril 2009.

L'auteur a également publié une série dérivée nommée Sword Art Online: Progressive, dans laquelle il souhaite retracer un à un la conquête des soixante-quinze paliers de l'Aincrad (avec Kirito et Asuna en personnages principaux), tout en développant l'univers de chaque palier, des personnages secondaires mentionnés ou non dans l'histoire originale. L'auteur précise également qu'il a dû faire l'impasse sur certaines incohérences avec le texte original.

Une série dérivée, Sword Art Online Alternative, est publiée depuis le 10 décembre 2014 par ASCII Media Works. Elle est dessinée par Keiichi Sigsawa.

En France, la série principale est publiée dans un format double par Ofelbe depuis le 12 mars 2015. Le roman est aussi publié en Amérique du Nord par Yen Press depuis avril 2014.