Sword Art Online: Hollow Realization diễn ra ở một trong những stage của Sword Art Online nguyên gốc và sẽ cho người chơi cơ hội trải nghiệm thế giới của "Sword Art Online" ngay từ khi bắt đầu. Trong vai Kirito, bạn sẽ bước vào một thế giới VRMMORPG mới gọi là "Sword Art Origin" được tạo trên sever của game gốc. Nó sẽ cho người chơi hồi tưởng lại những sự kiện trong quá khứ. Bạn cần tìm ra con đường để chiến thắng trò chơi một lần nữa.
Nhiều nhân vật được yêu thích trong anime series như Kirito, Leafa, Asuna sẽ góp mặt trong game. Ngoài ra, Sword Art Online: Hollow Realization còn có phần đồ họa được nâng cao hơn so với những phiên bản trước nhờ tận dụng sức mạnh của PS4.
Tại thế giới ảo của Sword Art Origin, người chơi có thể nâng cấp các kỹ năng chiến đấu của mình nhờ vào Skill Tree System. Nhiều kỹ năng quen thuộc xuất hiện trở lại như Sword Skill hay Battle Skill. Trong mỗi dòng kỹ năng này, người chơi có thể học các chiêu khác nhau để cải thiện lối đánh của mình. Extra Skill có liên quan đến cách đánh của người chơi (tấn công, trị liệu, phòng thủ...) cũng xuất hiện và giúp bạn mạnh hơn nữa. Người chơi cần lựa chọn khôn ngoan vì mỗi kỹ năng đều ảnh hưởng đến trận đấu.
Bạn cũng được thay đổi vẻ bề ngoài của Kirito thông qua việc tạo nhân vật. Bạn có thể chọn giới tính, chiều cao, dáng người, vòng ngực, kiểu mắt, miệng, tóc, da, vũ khí và nhiều thứ khác. Bên cạnh việc chiến đấu, người chơi còn có thể nâng cao mối quan hệ của mình nhờ Cosleeping Event (sự kiện ngủ chung) và trải nghiệm các đoạn đối thoại với đồng đội đang nằm bên cạnh mình.