かつて新撰組の土方歳三の愛刀であった刀剣男士、和泉守兼定と堀川国広は、第二部隊として幕末へ送り込まれ時間遡行軍と戦っていた。審神者からの主命に従い「歴史を守る」ために奔走する第二部隊だったが、歴史の大局に影響しない小規模な歴史改変が起き、市井の人々が犠牲になる様を目前にして、和泉守も堀川も「本当に歴史が守れているのか」と言う疑念を払拭できずにいた。やがて第二部隊に坂本龍馬の警護任務が与えられ、第二部隊の一員で龍馬の愛刀だった陸奥守吉行は、小規模な歴史改変の影響で期せずして龍馬と行動を共にすることになる。龍馬を死なせたくないと思いつつも陸奥守は、歴史を守るため龍馬を寺田屋から伏見の薩摩藩邸へ護送して任務を果たし、「坂本龍馬が暗殺される正しい歴史」を守ることに成功する。堀川に「元の主に未来を教えたくならなかったか」と問われた陸奥守は複雑な胸中を吐露する。そんな折、薩摩藩邸からこっそり抜け出した龍馬を追った第二部隊は、歴史上では別の場所にいたはずの新撰組と遭遇する。時間遡行軍を阻止し、龍馬と新撰組の接触をなんとか回避した第二部隊だったが、土方の姿を見た和泉守は土方への思慕と審神者からの主命との板挟みとなり、堀川は「和泉守兼定の本心」を汲んで土方を箱館戦争で死なせまいと第二部隊から去ってしまう。堀川の決意は歴史を守る使命に反すること。和泉守と陸奥守は審神者の理解と支援を得て「歴史を守る」べく、そして和泉守の心残りを晴らすべく、土方歳三の最期の地、箱館へと降り立つ。
「刀剣乱舞-ONLINE-」を原作とするアニメ作品。2016年よりテレビアニメ「刀剣乱舞-花丸-」（とうけんらんぶ はなまる）が、2017年よりテレビアニメ「活撃 刀剣乱舞」（かつげき とうけんらんぶ）が放送。両作品は、原作であるニトロプラス、DMM.comが参加する以外、製作陣が完全に異なっており、ストーリーに繋がりはない。
第一部がミュージカル、第二部がライブの全二部構成。第二部ではサイリウムやうちわ等の応援グッズが使用可能となる。審神者は存在するが、声のみの出演で舞台上には登場しない。公式略称は「刀ミュ（とうミュ）」。また、ミュージカルからの派生ユニット「刀剣男士 team三条 with加州清光」「刀剣男士 team新撰組 with蜂須賀虎徹」「刀剣男士 formation of 三百年」としても音楽活動も行っている。2017年10月時点でシングル4枚、アルバム2枚をリリース。2016年にはオリコン年間総売上新人部門において3位を獲得した。2018年、第69回NHK紅白歌合戦のジャパンカルチャー特集企画として出場した（後述）。
本作に登場する名刀・ 鯰尾藤四郎を所蔵する徳川美術館へ問い合わせが急増し、2015年2月10日から同年4月12日までの2か月間限定で一般公開されることになった。他の刀剣に関しても収蔵されている神社仏閣や博物館・美術館にファンが足を向けているほか、刀剣関連書籍の売上がいきなり伸びはじめるなど出版にも影響が現れており、『別冊宝島』の日本刀シリーズの女性読者の割合が高まったことについて、版元である宝島社は本作を含むゲームや漫画などの影響があったのではないかと分析し、こうした流れを受け、河出書房新社のようにユーザーに向け自社出版物をアピールする版元も現れている。本作の女性ファンについては「刀剣女子」とも呼称されるようになり、2015年の新語・流行語大賞のノミネート語50語にも選出された。2015年4月23日には同じDMMゲームズから日本刀を題材としたブラウザゲーム「しんけん!!」のサービスが開始された。当作品は刀剣乱舞の開発スタッフとは無関係の別の開発チームの作品であるが当作品の登録者には刀剣乱舞から興味を持ったユーザーもおり本作の存在が少なからず影響を与えている事を述べている。2017年6月15日には日本キャラクター大賞で審査員特別賞を受賞した。また、ゲーム内の案内役こんのすけの着ぐるみが制作され「ゆるキャラグランプリ2016」にエントリーし、企業・その他部門で準優勝となった。当ゲームに登場する刀剣の擬人化キャラクターである「刀剣男士」の人気により、実際の刀剣に興味を持つ人が増えたという社会現象に着目し、2016年には、東京大学大学院人文社会系研究科文化資源学研究室主催により第15回文化資源学フォーラム「キャラクター考―『刀剣男士』の魅せるもの―」が開催された。
車体は軽量構造のステンレス製、前頭部は非貫通構造の普通鋼製である。「昆虫のよう」や「ロボットのよう」とも形容されるこの前頭部は、イタリアのデザイナー・マルチェロ・ガンディーニがデザインしたトラックを参考にしている。前頭部はブルーメタリックに塗装されている。このブルーメタリックは「トライアンフのラリー車にあったようなブルー」のイメージに近い色である。当時、ヨーロッパの自動車業界の流行色であったことから水戸岡はこの色を採用した。前頭部には別パーツのパネルが装着されている。この前面パネルは取替可能な構造であり、人身事故などで正面パネルを大破した際は取替品が完成するまで応急措置としてパネルを外して運転されたこともある。空気抵抗低減のため、パネルと前頭部本体の間に隙間があり、そこを空気が通る構造となっている。しかし、これに実用性はなくあくまで装飾という位置付けである。この構造はF1マシンの構造が手本にされた。1994年製の1次車から1997年製の4次車では前面パネルの形状やカラーリングが異なり、これらのバリエーションでソニックファミリーを形成する。これには駅で待つ乗客に「今日は何色がやってくるんだろう」と乗る前から楽しんでもらいたいという水戸岡の意図が込められている。側面には走行する上では不要なフェンダーミラーやタンクのような部品が遊び心の一環として取り付けられた。前照灯は、1次車は5箇所点灯し2次車以降は4箇所が点灯する。車体長は先頭車は21,700 mm、中間車は20,500 mm、横幅は最大2,853 mm、屋根高さは3,450 mm、床面高さは1,130 mmである。787系の床面高さ (1,205 mm) に比べて低くなり、ステップなしの平床構造となった。車両はM-TA方式で制御電動車のクモハまたは中間電動車のモハと交流用機器とパンタグラフを積む付随車のサハの2両で1つのユニットを組む。ユニットを構成する車両間は半永久連結器を装備し、他は密着連結器を装備する。なお、先頭車のクロハ882形はどの車両ともユニットを組まない。