Como se puede adivinar por el título, el juego se basa en la franquicia japonesa Sword Art Online, que comprende novelas juveniles, series de manga, series de anime y una película animada de larga duración.

El juego lleva a los jugadores a un futuro cercano y permite asumir el papel de un jugador, que pasa tiempo jugando un MMORPG de Realidad Virtual llamado Gun Gale Online: la acción se desarrolla en un mundo de ciencia ficción, mientras que la jugabilidad se centra en el uso múltiple armas de fuego.

Sword Art Online: Fatal Bullet ofrece una nueva historia escrita por el autor de las novelas originales: Reki Kawahara. En la campaña de historia, uno puede encontrar muchos personajes de la franquicia y partir para explorar muchos lugares con los que uno podría estar familiarizado después de leer los libros de Sword Art Online.