Der Soundtrack zur Serie stammt von Yuki Kajiura. Für den ersten Handlungsbogen (bis Folge 14) wurde als Vorspann crossing field, getextet und komponiert von Shō Watanabe und gesungen von LiSA, verwendet. Der Abspanntitel wiederum war Yume Sekai (ユメセカイ, „Traumwelt“), der von Asunas Sprecherin Haruka Tomatsu gesungen wird. Für den zweiten Handlungsbogen wurde im Vorspann Innocence von Eir Aoi verwendet und im Abspann Overfly von Luna Haruna.
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Die Single zu crossing field wurde am 8. August 2012 veröffentlicht und erreichte Platz 5 der Oricon-Charts,[48] die Single zu Yume Sekai am 25. Juli 2012 und Platz 13.[49]
Im Abspann zu Sword Art Online: Extra Edition kam Niji no Oto (虹の音) von Eir Aoi zum Einsatz.
Bei der zweiten Staffel Sword Art Online II im Teil Phantom Bullet wurde als Vorspanntitel Ignite gesungen von Eir Aoi (Single-Veröffentlichung: 20. August 2014).[50] verwendet und im Abspann Startear von Luna Haruna (Release: 20. August 2014)[51] Im Teil Caliber und Mother’s Rosario (ab Folge 15) wurde der Titel Courage von Haruka Tomatsu (Single 3. Dezember 2014, Platz 4 in den Oricon-Charts)[52][53] als Vorspann gewählt und die Titel No More Time Machine (Folgen 15–17), sowie ab Folge 18 Shirushi von LiSA (gemeinsame Single: 10. Dezember 2014, Platz 3 in den Oricon-Charts)[54][55] als Abspann verwendet.