Windows XP Professional x64 Editionはマイクロソフトが2005年に発売した、x64パーソナルコンピュータ用のオペレーティングシステムである。x64アーキテクチャによる拡張64ビットメモリアドレス空間を使用するよう設計されている。

64ビットに移行したことによる最大のメリットは、使用可能な最大RAMが増えたことにある。Windows XP 32ビット版は合計4GBに制限されている。64ビットコンピュータの理論上のメモリ制限は約16EB（171億GB）だが、Windows XP x64では物理メモリが128GB、仮想メモリが16TBに制限されている。

Windows XP Professional x64 Editionは「Windows XP」と称しているが、32ビット版XPではなくWindows Server 2003と同じカーネルおよびコード体系を使用しており、サービスパックもServer 2003向けのものを適用する。いわば「クライアント版Windows Server 2003」と言うべき存在である。しかしながら、Windows Server 2003には搭載されていないシステムの復元、Windows Messenger、高速なユーザー切替、ようこそ画面、セキュリティセンターやゲームといったWindows XPのクライアント機能はx64 Editionにも搭載されている。クライアント版Windowsにおける32ビット版と64ビット版のコードの統一は、次代のWindows Vistaの登場を待つことになる。

Itaniumアーキテクチャ向けに設計されたWindows XP 64-bit Editionとは別の製品である。但し、開発初期段階では、Windows XP Professional x64 Editionは「Windows XP 64-Bit Edition for 64-Bit Extended Systems」という名前であった。

利点
 最大128GBのRAMをサポート
 最大2基の物理CPU（別々の物理ソケット）および64基の論理プロセッサ（同一CPUのコアやスレッド数）をサポート
 32ビット版Windows XPより新しいWindows Server 2003カーネルを使用しており、スケーラビリティを拡張している。Windows XP Professional x64 Editionではルートキットの除去に効果があるKernel Patch Protection（PathGuardとしても知られる）が搭載された
 SP1以降でGPTパーティションのディスクをデータ用ドライブとしてサポートし（起動用には使えない）、2TBを超えるディスクを単一のGPTパーティションで使えるようになった
 64ビットハードウェアに最適化されたソフトウェアで、より高速な音声や映像のエンコード、コンピュータゲーム、3Dレンダリングを可能にした
 Internet Information Services (IIS) バージョン6.0が付属。32ビットエディションのWindows XPはIIS v5.1が付属する
 Windows Media Player (WMP) バージョン10が付属。WIndows XP ProfessionalではWMP8が付属するが、全てのWindows XPエディションでWMP11が利用可能である
 Windows Server 2003で改善されたIPsec機能
 Windows Server 2003で搭載されたシャドウコピー
 Unicodeキーボード入力をサポートするリモート デスクトップ サービス、クライアントサイドのタイムゾーンリダイレクト、GDI+レンダリング関数のパフォーマンス改善、FIPS暗号化、代替プリンタドライバ、自動再接続および新しいグループポリシー設定
 32ビットおよび64ビット版Windows XPからの設定の移行をサポートする、ファイルと設定の転送ウィザード

ソフトウェアの互換性
Windows XP Professional x64 EditionはWindows-on-Windows 64-bit (WOW64) という技術を利用して32ビットアプリケーションの実行を可能にしている。これはItanium用のWindows XP 64-bit Editionで最初に使われ、後にx64エディションのWindows XPおよびWindows Server 2003に搭載された。

x64アーキテクチャはハードウェアレベルで32ビット命令をサポートしているため、WOW64は単純にプロセスを32ビットと64ビットでモードを切り替える。そのため、x64アーキテクチャマイクロプロセッサで32ビットWindowsアプリケーションを実行するときにパフォーマンスが落ちることはない。Itaniumアーキテクチャでは、WOW64は32ビットx86命令を64ビットItanium命令に変換することでプロセッサはそれを実行できるようになる。全ての32ビットプロセスはWindows タスク マネージャーに "*32" と表示され、64ビットプロセスには表示されない。

32ビットアプリケーションを透過的に実行できるものの、同じプロセスに両方のコードが混合することは許されていない。64ビットプログラムは32ビットダイナミックリンクライブラリ (DLL) を使うことができず、また32ビットプログラムは64ビットDLLを使うことができない。これは、ライブラリの開発者は32ビット版と64ビット版の両方のバイナリを供給する必要があることを意味する。特に、エクスプローラの32ビットシェル拡張は64ビット版エクスプローラでは機能しない。Windows XP x64 Editionでは32ビット版と64ビット版の両方のエクスプローラが付属する。32ビット版を既定のWindowsシェルとすることはできる。また、Windows XP x64 Editionは32ビット版と64ビット版の両方のInternet Explorer 6を搭載しており、ユーザーは64ビット版でブラウザ拡張機能やActiveXコントロールを使用することができない。

Windows XP x64 Editionでは64ビットドライバはサポートされていないが、メディアプレーヤーが32ビットであるように32ビットコーデックがサポートされている。

プログラムのインストール 

既定では64ビット (x64) Windowsプログラムは"C:\Program Files"フォルダに各自のフォルダを作成してそこにインストールされる。32ビット (x86) Windowsプログラムは "C:\Program Files (x86)"フォルダの中に同じようにしてインストールされる。

既知の制限
Windows XP Professional x64 Editionにはいくつか特筆すべき問題が存在する。

 NTVDMまたはWindows on Windowsを搭載していないため、16ビットアプリケーションまたはネイティブMS-DOSアプリケーションは動作しない。いくつかの古い32ビットアプリケーションは16ビットインストーラを使用しているが、ACME Setupバージョン2.6、3.0、3.01、3.1およびInstallShield 5.xのような16ビットインストーラはWOW64によって置き換えられるようになっており、この問題を回避している。
 64ビットドライバのみサポート
 全ての32ビットエクスプローラ用シェル拡張は64ビットエクスプローラでは動作しない。しかし、Windows XP x64 Editionでは32ビット版エクスプローラも付属する。これを既定のシェルとして設定することもできる
 コマンドプロンプトは全画面で使用できない
 Type1フォントをネイティブにサポートしていない
 Web Extender Client component for Web Folders (WebDAV) を搭載していない
 Outlook Expressでスペルチェックを利用できない
 IEEE 1394 (FireWire) オーディオがサポートされていない
 PCのRAMが4GB以上の場合は休止状態をサポートしていない

サービスパック
前述の通り、Windows XP Professional x64 EditionのRTM版はWindows Server 2003 Service Pack 1のコードがベースになっている。Windows XP Professional x64 Editionは32ビット版Windows XPとは異なるコードベースに基づいて設計されているため、サービスパックも別々に開発される。Windows XP x64 Edition用のService Pack 2は2007年3月13日にリリースされ、早期にリリースされた32ビット版Windows XP用Service Pack 2とは異なるものである。実際、2004年9月2日に既にリリースされていた32ビット版Windows XP用のService Pack 2で追加された多くの主要な機能が、x64のRTM版で既に実装されている。Service Pack 2はWindows XP Professional x64 Edition用の最後のサービスパックである。