Incorpora en su arquitectura un procesador principal de 64 bits. El soporte de almacenamiento de los juegos es en forma de cartuchos, la mayoría de ellos con memoria interna. El uso de este tipo de almacenamiento le supuso una seria desventaja comercial frente a sus competidores, ya que encarecía los costes de producción lo que aumentaba el precio final, y además, era de una capacidad de almacenamiento menor al de un CD-ROM.

Con el lanzamiento de la PlayStation 2, que ofrecía la posibilidad de reproducir CD-ROM y DVD además de juegos, Microsoft empezó a preocuparse de que las videoconsolas amenazaran la computadora personal como dispositivo de entretenimiento para las salas de estar. La consola se anunció en febrero del 2000. Mientras que la mayoría de las consolas de juegos hasta ese momento se construían a partir de componentes de hardware personalizados, la Xbox se construyó a partir de componentes estándar de ordenadores personales, utilizando variaciones de Microsoft Windows y DirectX como sistema operativo para soportar los juegos y la reproducción de medios.

Microsoft declaró que Xbox Series X sería cuatro veces más potente que Xbox One X; Microsoft también ha promovido el "modo automático de baja latencia" y la "entrada de latencia dinámica" para mejorar la capacidad de respuesta.