Theo The Verge, Microsoft sẽ sử dụng vi xử lý AMD Zen 2 tùy chỉnh 8 nhân với tốc độ 3,8 GHz mỗi nhân, GPU AMD RNDA 2 tùy chỉnh 12 teraflop và 52 đơn vị tính toán có tốc độ 1,825 GHz mỗi đơn vị. Tất cả phần cứng đều sản xuất trên quy trình 7nm, có bộ nhớ RAM GDDR6 16 GB cùng ổ lưu trữ SSD NVME dung lượng 1 TB.
Microsoft cũng sử dụng hai bo mạch chính trên thiết kế nhỏ gọn của Xbox Series X và toàn bộ thiết bị được làm mát thông qua không khí được hút từ dưới lên và đẩy ra trên đỉnh thông qua một chiếc quạt 130 mm.
16 GB bộ nhớ thiết bị sẽ gồm 10 GB cho bộ nhớ GPU, 3,5 GB cho bộ nhớ tiêu chuẩn và 2,5 GB dành cho hệ điều hành. Xbox Series X cũng bao gồm khả năng mở rộng lưu trữ thông qua thẻ mở rộng 1 TB ở phía sau bộ điều khiển cùng với hỗ trợ ổ cứng gắn ngoài chuẩn USB 3.2 và ổ đĩa Blu-ray 4K. Microsoft đang hướng đến mục tiêu hiệu suất tổng thể ở mức 4K 60 fps, và có thể lên tới 120 fps.
