超能力が科学によって解明された世界。能力開発を時間割り（カリキュラム）に組み込む巨大な学園都市。その街に住む高校生・上条当麻のもとに、純白のシスターが現れた。彼女は禁書目録（インデックス）と名乗り、魔術師に追われていると語る。こうして上条当麻は、科学と魔術の交差する世界へと足を踏み入れていく。
原作小説の累計発行部数は2019年6月の時点で1,800万部を、シリーズの累計発行部数は2019年7月の時点で3,100万部を突破している。また、電撃文庫で原作小説の累計発行部数が1,000万部を突破したのは本作が初である。第1巻発表時、「無名の新人作家としては快挙」と担当者が評するほど「メチャクチャ売れた」とのことで、発売日直後に重版するほどのヒット作となった。日経エンタテインメント!調べによる読者層の分布では、20代前半の男性が圧倒的に多い。宝島社が主催する2010年11月の『このライトノベルがすごい!』2011年版で作品部門1位を獲得。2014年度においても、「このラノ10年間のベストランキング」1位を獲得し、男性部門・女性部門でも登場人物が定期的に首位を獲得している。
三人称形式で書かれ、たびたび他の人物視点に移動する「神の視点」で描写されるが、基本的には主人公一人の視点で進行する。しかし物語の進展などによって登場人物が増えるにつれ、徐々に群像劇的な構成への変遷が見受けられる。巻ごとにそのエピソードを象徴するようなキーワードやテーマが決められており、巻によって雰囲気やタッチが変化することがしばしばある。また、鎌池が自身の小説的な手法や技術を模索するため、各巻に実験的な課題を設定しながら執筆しているという。作品全体の大きな区切りとしては、第7巻から第11巻前後までが「ローマ正教」編、第12巻前後から第22巻までが「神の右席」編とされる。「神の右席」編で大きな節目を迎えたことにより、第22巻の次巻からはナンバリングをリセットし、新シリーズ『新約 とある魔術の禁書目録』（しんやく とあるまじゅつのインデックス）が23巻にわたって刊行された。2020年にはさらなる新シリーズが刊行予定。
鎌池が第9回電撃ゲーム小説大賞の第3次選考に落選した際、現在の担当編集者である三木一馬の目に留まり、その後1年ほど2人で試作を何本も考案・執筆し試行錯誤を続ける。その中の1本にあったシスターの少女と不思議な腕を持つ少年の話を基に生まれた作品が本作である。構想の原点としては、「RPGのようなMP消費で何でもありの魔法使い」とは別の、歴史上に実在した魔術師や儀式への疑問を持った鎌池が検索エンジンでそれらを調べ興味を深めたのがきっかけ。そして、最初にインデックスを考案し、彼女を軸に魔術や上条が作られ、それらの対比として学園都市という舞台が生まれるなど、様々な要素を肉付けしていく形で本作の設定が広がったという。
鎌池和馬のデビュー作にして出世作。SFやファンタジーの要素を取り入れ、超能力や兵器などオーバーテクノロジー尽くしの「科学サイド」と、聖書や魔術などのオカルト尽くしの「魔術サイド」という、相反する設定の2陣営が混在し対立するという世界観を描いたバトルアクション作品である。略称は「とある」「禁書目録」「禁書」「インデックス」など。スピンオフ『超電磁砲』、『一方通行』を含めて「とあるシリーズ」と呼ぶ場合もある。2019年7月現在、電撃文庫（KADOKAWA）より、既刊48巻（本編47巻、短編集1巻）が刊行されている。また、スクウェア・エニックスの『月刊少年ガンガン』2007年5月号より連載されている漫画版は2019年4月現在、単行本が22巻、ガイドブックが2冊発売されている。本作のスピンオフ作品『とある科学の超電磁砲』『とある科学の一方通行』については、当該項目を参照のこと。
サニーベールに長く伝わっている伝承には市内にあるトイザらスの店舗に出てくる幽霊に関するものがある。霊能者とされるシルビア・ブラウンが1978年のテレビ番組『That's Incredible』で幽霊と接触したと主張し、その幽霊をジョニ・ジョンソンと名付けた。この話は1991年の番組『Haunted Lives: True Ghost Stories』でも取り上げられた。さらにブラウンは、ジョンソンがこのおもちゃ屋が現在建っている場所にあった果樹園で働いていた農業労働者であり、事故で自分の足を斧で傷つけて、出血多量で死んだとも述べた。
ヴィルヌーヴ事故死の原因になってしまったピローニだが、実際はヴィルヌーヴに対して友情を持っていたと言われる。ピローニは第8戦カナダGPでポールポジションを獲るが、「本来ならここにいるべき男がいない」と涙を見せた。このレースでは決勝スタート時、ピローニはエンジンをストールさせてしまい、後方から追突したリカルド・パレッティが、シーズン2人目の事故死者になるという悲劇が起きている。ピローニはその後ポイントリーダーになったが、雨で視界不良となった第12戦ドイツGPの予選中、前を走るプロストのマシンに乗り上げ、ベルギーGPのヴィルヌーブと同様の事故を起こしてしまう。ピローニは両足複雑骨折の重傷を負い、タイトルは無論のこと、F1ドライバーとしてのキャリアをも失う結果になった。ピローニは1987年にパワーボートレース中の事故で死亡したが、パートナーの女性は死後に誕生した双子の息子にディディエとジルと名づけた。実はピローニとヴィルヌーヴは例のサンマリノGP以降、一度だけ言葉を交わしている。ヴィルヌーヴはピローニのいる場所には極力近付かないようにしていたが、ある時ピローニがすれ違いざまに「Salut（やぁ）」と言うと、ヴィルヌーヴはとっさに「Salut」と返事をした。この後、ヴィルヌーヴは酷く自分を呪ったという。