System operacyjny Microsoft Windows Professional x64 Edition bazuje na kodzie Microsoft Windows Server 2003 Service Pack 1 (build 5.2.3790.1930) – najnowszej dostępnej w trakcie prac edycji systemu Windows. Jednak w nazwie systemu pojawia się odniesienie do rodziny systemów Windows XP. System został napisany, by obsługiwać rozszerzoną 64-bitową przestrzeń adresową procesora, dostępną w architekturze AMD64. Intel swoją wersję rozwiązań 64-bitowych ochrzcił mianem EM64T.

Najważniejszą zaletą zmiany systemu operacyjnego na 64-bitowy jest znaczny wzrost ilości możliwej do alokacji pamięci systemowej komputera (RAM). 32-bitowe wersje systemu Windows XP używające adresowania x86 (bez PAE) ograniczały tę wielkość 4 GB z czego część przestrzeni adresowej rezerwowały sterowniki urządzeń. W wyniku czego ilość pamięci RAM w zależności od zainstalowanego sprzętu była ograniczana jeszcze od 300 do 1024 MB. Wersja 64-bitowa jest w stanie obsłużyć o wiele więcej pamięci; mimo że teoretycznie komputer 64-bitowy może zaadresować około 16 eksabajtów (16 miliardów gigabajtów) pamięci, Windows XP Professional x64 Edition obsługuje w chwili obecnej pamięć o wielkości do 128 gigabajtów pamięci fizycznej i 16 terabajtów pamięci wirtualnej.