La CPU de la Xbox 360 funciona a 3.2 GHz y consta de tres núcleos simétricos que pueden ejecutar dos hilos por hardware cada uno. Incorpora 512 MB de RAM de tipo GDDR3 a 700 Mhz, que le proporcionan un ancho de banda a memoria de 22.4 Gbps. La tarjeta gráfica que incorpora es un desarrollo de ATI, basado en la familia ATI Radeon R500, y funciona a 500 MHz.
Es capaz de mover 500 millones de triángulos por segundo y tiene una resolución de salida de 720p o 1080i, con formato panorámico 16:9. La XBox 360 está especialmente pensada para ser usada con televisores HDTV de alta resolución. Según Microsoft ha llegado a un acuerdo con muchas tiendas para que muestren sus consolas con este tipo de teles.
Con respecto al audio tiene una frecuencia máxima de 48 KHz con una resolución de hasta 32 bits, pudiendo decodificar hasta 256 canales al mismo tiempo. Todos los juegos soportan Dolby Digital 5.1, lo que garantiza un sonido espectacular, especialmente si utilizamos un sistema de HomeTheater.