Det gör ändringar i hur användare navigerar runt konsolens instrumentpanel och snabbar upp många vanliga uppgifter som att kontrollera vad vänner gör.
Det lägger också bakåt kompatibilitet till konsolen så att den kan spela många äldre Xbox 360 spel.
Inledningsvis kommer 104 äldre spel, inklusive Gears of War och Mirror's Edge, att spelas på konsolen.
Uppdateringen började rulla ut till konsoler på 07:01 GMT, men den är stapplade eftersom det måste tillämpas på mer än 12 miljoner enheter.
Den stora uppdateringen ändrar konsolens underliggande operativsystem så det fungerar bättre med Windows 10 - den senaste versionen av Microsofts flaggskeppsprogram. Innan nu, den underliggande programvaran i spelet systemet var mycket närmare Windows 8.
Det ändrar instrumentpanelen, och en ytterligare uppgradering nästa år kommer att lägga till några specifika Windows-10-funktioner till Xbox One som Cortana röstdrivna frågesystem.
Det tar också bort några äldre funktioner, inklusive gest-baserade styrsystem och menylayout som krävs för Kinect rörelsesensor.
Tillägget av bakåtkompatibilitet för äldre spel kommer att aktiveras i en uppdatering på grund av att starta 12 timmar efter den första globala utbyggnaden.
Den långa listan över spel som stöds innehåller en hel del mycket gamla titlar som 1992 års Wolfenstein 3D, men också några mer up-to-date sådana som Assassin's Creed II.
Microsoft har sagt spel inklusive Halo Reach, Call of Duty: Black Ops och Skate 3 kommer att läggas till listan nästa år. Det accepterar också nomineringar för spel att lägga till i listan över äldre titlar via sin Xbox feedback webbplats.
Xbox 360 ägare som uppgraderar till den nyare konsolen kommer att få kopior av sina äldre spel på Xbox One utan extra kostnad.
Sony har satt sitt ansikte mot att ge bakåtkompatibilitet på PlayStation 4-konsolen. I oktober berättade Sony Europe chef Jim Ryan för Europa att det var en funktion som "inte användes särskilt mycket."
Tidiga granskningar av en uppdaterad konsol tyder på att det förbättrar grundläggande navigeringsuppgifter.
"Det känns som Microsoft nu återhämtar sig från sin gigantiska Xbox One lanseringen röran, och företaget har rätt fokus för sina spelkonsol, sade Tom Warren på teknisk nyhetssajt The Verge.
Han tillade dock att uppdateringen fortfarande hade vissa "frågor" med flerspelar- och TV-integration som måste tas upp i framtida uppdateringar.
Microsoft har erkänt många av dessa problem på en dedikerad support sida och gett råd om hur man felsöka och fixa dem.
En stor uppdatering för Microsofts Xbox One är på grund av att börja ladda ner till konsoler runt om i världen på torsdag.