Le processeur principal est un Intel Pentium III Coppermine, cadencé à 733 MHz et doté de 128 Ko de cache. Le processeur est soudé à la carte mère ; ceci a permis d'optimiser l'API de la console pour ce processeur et d'accélérer les performances.

La console est dotée de 64 Mo de mémoire vive unifiée (partagée par les différents composants) de technologie DDR. La mémoire unifiée permet aux développeurs de pouvoir choisir eux-mêmes la quantité de mémoire qu'ils veulent attribuer aux différentes parties de leur application (programme, son, image, vidéo, etc.). Généralement les consoles ont trois types de mémoire, chacune étant spécialisée dans un domaine.

Le processeur graphique est fabriqué par Nvidia. Son nom est NV2. Ce GPU est un GeForce 3 modifié. Cette carte graphique permet le Pixel Shading, le Vertex Shading, elle peut appliquer un Anti-aliasing, elle gère le Bump-mapping et le Multi-texturing. Le système sonore est aussi fabriqué par Nvidia. Il est capable de générer un son numérique spatial (en « trois dimensions ») grâce aux technologies Dolby Digital 5.1 (AC).

La Xbox calcule entre 115 millions et 125 millions de polygones par seconde. En temps réel, la console de jeu peut afficher entre 8 et 15 millions de polygones par seconde, ce qui en fait la console la plus puissante de sixième génération.

Le DVD est le support principal des jeux de la Xbox. Elle permet de lire des DVD si elle est équipée de la télécommande et de l'adaptateur infrarouge (qui se branche sur un port manette). Il existe quatre marques de lecteurs en fonction des années de production : Thomson, Samsung, Philips, LG-Hitachi, avec deux versions différentes pour les Samsung et Philips.

Microsoft propose pour la première fois sur une console de jeux vidéo un disque dur intégré. D'autres consoles offraient déjà un disque dur, mais en tant qu'élément séparé. La capacité de ce disque dur est de 8 ou 10 Go de marque Western Digital ou Seagate. Il est au format FATX. Il permet notamment :

de sauvegarder un nombre très important de parties,

d'optimiser les chargements des jeux,

de stocker les téléchargements de jeux, de vidéos et de niveaux à partir du Xbox Live,

de ripper des CD audio pour l'écoute à partir du disque dur, et de créer des playlists pour une lecture pendant des jeux compatibles, comme Project Gotham Racing 2.

La carte réseau Ethernet est intégrée et permet de jouer en réseau (avec plusieurs consoles Xbox) et de se connecter à Internet avec le Xbox Live.

La HD : la console Xbox est HD. La fonctionnalité a été désactivée sur les consoles européennes car à l'époque, les télévisions HD étaient rares en Europe. Il est possible de réactiver la fonction en modifiant la console. Définitions : 480p, 720p, 1080i. Microsoft proposait à la vente un câble officiel Xbox HD en YUV. Les jeux Xbox sont pour la plupart développés en SD, il y a une petite quantité de jeux développés en HD.

Le Wi-Fi : il existe un accessoire externe officiel (comme sur Xbox 360) permettant de faire fonctionner la console en Wi-Fi. L'accessoire est compatible et fonctionne sur Xbox 360.

La Xbox est la 1re console compatible avec le Xbox Live. Aussi appelé Live ou XBL , ce service de jeu en ligne créé par Microsoft permet de connecter la console à Internet. Il est sorti fin 2002 aux États-Unis puis en mars 2003 en Europe. Il permet aux joueurs du monde entier de s'affronter sur les jeux compatibles. Le Xbox Live peut également être utilisé pour télécharger du contenu (gratuit ou payant) ou des démos, et pour acheter des jeux complets. Le Xbox Live ajoute également un élément important au jeu en ligne: la possibilité de dialoguer avec les autres joueurs grâce à un micro-casque, permettant ainsi de parler stratégie avec ses équipiers ou de défier ses adversaires. Il y a eu aussi une déclinaison du Xbox Live, le XSN, qui permettait d'avoir un classement mondial sur une gamme de jeux de sport estampillés Microsoft.