1990年代前半、セガでは次世代機（第5世代にあたる）・セガサターンの開発が進んでいた一方、セガ・エンタープライゼス（以下「日本セガ」）の中山隼雄社長が米セガのR&D部門トップであるジョー・ミラーらに、北米で1994年末に発売予定の"Project Jupiter"と称するカートリッジベースの次世代機の構想を伝える。これは中山がGenesisとセガサターンの価格差によって、その間隙をライバル機のAtari Jaguarに奪われる懸念を抱いたためで、社長のトム・カリンスキを始めとする米セガの重役たちもその考えを支持した。Jupiterの設計はメガドライブの設計者でもある佐藤秀樹の担当によるもので、メガドライブ版『バーチャレーシング』用に開発されたセガバーチャプロセッサを搭載し、メガドライブとセガサターンの間を埋めるハードになる予定だった。しかし、ミラーはサターンの北米展開前にまったく別のプラットホームを推し進めることの懸念を表明し、「Genesisのアドオンにすべきだ」と主張する。この提案によってJupiterの開発は中止され、米セガ主導による「カートリッジベースのGenesis用周辺機器」へと方針変更し、企画も"Project Mars"と呼ばれることとなった。CPUにバーチャプロセッサではなくサターンと同じSH-2を搭載することになったのはミラーの提案であることから、カリンスキはミラーを「32Xの父」と呼んでいる。32Xの市販モデルは、1994年6月に開かれたコンシューマー・エレクトロニクス・ショー（CES）にて公式発表された。キャッチコピーは"poor man's entry into 'next generation' games"。Genesisに32Xを搭載することで、上述のようなサターンとの価格差を埋める存在になるほか、ライバルのSNESに対して劣勢だったグラフィック性能で優位に立ち、さらには当時の次世代機でフィーチャーされていた3DCGを扱うことが可能となった。しかし、ライバル機の3DOを展開する3DO社のトリップ・ホーキンスは、「32Xは値段がかなり高い、性能が低い、プログラミングが難しい、サターンとの互換性が無い、など“咬ませ犬”に過ぎないことはみんな知っており、'next generation'になり得ないのは明白だった」との見方を示していたことを後年に明かした。ソフトウェア供給は32X専用のROMカートリッジに加え、32XとメガCDの同時使用に対応したソフトのCD-ROMが供給され、欧米とブラジルでのみリリースが行われている。日本国内では「スーパー32XCD」の通称が用いられているものの、発売までには至っていない。『GamePro』誌（1994年8月号）が「ゲーマーなら高い金をかけて日本からサターンやPlayStation（以下「PS」）を取り寄せるよりも今すぐ32Xを買うべきである。それ以外の人も買って損は無い」などと熱狂的に書き立て、『Electronic Gaming Monthly』の1995年度バイヤーズ・ガイドなども4人の評価者が8点/7点/7点/8点（全40点満点）と肯定的に評価するなど、前評判は非常に高かった。日本では1994年12月、日本セガ主導によるサターンの発売（1994年11月）翌月に販売を開始した。前述のように、日本市場におけるメガドライブの普及度と比例して売り上げが伸びず、日本セガとしてもスーパーファミコンに大敗したメガドライブの周辺機器を強く推すことには消極的であり、1994年後半よりPSとの次世代機戦争が始まったサターンのプロモーションに完全に隠れてしまい、結果としてスーパー32Xは普及しなかった。1994年後半における日本の代表的なメガドライブ専門誌であった『Beep!メガドライブ』誌のみサターンと同程度の規模でスーパー32Xを取り上げていたが、同誌もサターンの発売と同月の1994年12月発売号より『セガサターンマガジン』と誌名を変更し、サターン専門誌となった。米国市場においては1994年11月に発売を開始したが、1995年9月のサターン発売も既に告知されていたことから32Xへの参入を見送ったサードパーティも多かった。そのためローンチタイトルこそ少なかったものの、『スペースハリアー』『アフターバーナーII』『バーチャレーシング』『モータルコンバットII』の史上初となるコンシューマ完全移植が用意され、米セガがサターンの発売を遅らせてまで32Xのプロモーションを仕掛けたことと、北米トップシェアハードであるGenesisの周辺機器ということもあって、クリスマスまでに50万台を売り上げた。前述のように32Xとサターンは同じチップが使われており、チップを日本市場向けのサターンへ回す必要があったため、32Xを十分に供給できなかったものの、ホリデーシーズンにおける32Xの受注自体は100万台を超えるほど好調だった。また、Atari Jaguarや3DO（共に北米で1993年発売）といった「次世代機」が軒並み苦戦していたことと、ライバルの任天堂が1994年の年末商戦で目玉としたのが、3DCGに対応した次世代機ではなくSNESで3DCGを扱った『スーパードンキーコング』だったこともあり、カリンスキは「現行世代がまだ継続していく」と考えていた。シェアで猛追するSNESを振り切るためにも米セガは32Xに非常に力を入れており、一体機の「Sega Neptune」の開発も行われていた。Neptuneは当初1994年から1995年の間に200ドルでリリースされる予定で、旧来のGenesisを完全に置き換える方針であったが、1995年の春に完成したプロトタイプ機は400ドルと発表され、価格がサターン並みに跳ね上がった。一方、すでに北米のゲーマー・ゲーム会社にもサターンとPSによる日本の次世代機戦争の噂、さらにこの頃にはSNESの次世代機・NINTENDO64の噂が届いており、SNESやGenesisなどは眼中に無かった。32X用ソフトも依然揃わず、サターン（とPS）の北米発売を数か月後に控え、ローンチ直後の売り上げこそ華々しかった32Xの販売台数は1995年5月の時点で665,000台に留まった。このことから、セガは「2つの似たような製品をそれぞれセグメント化して、別々の価格帯で販売するゼネラル・モータースのようなやり方を取っている」などととジャーナリストに批判されたこともある。日本市場ではサターンの売り上げがPSより先に100万台を突破したことから日本セガは方針を転換し、カリンスキの頭越しに北米市場での32Xの販売拡張を切り上げ、1995年5月に開催されたElectronic Entertainment Expo（E3）においてサターンの発売日を「今週の土曜（Saturn Day）」と発表。サターンは急遽4か月前倒しで投入されることとなる。1994年の年末商戦の時点でサターンのみに絞ってプロモーションを行った日本に対し、北米では1995年の春の時点でいまだGenesis・Sega CD・32Xの3機種のプロモーションが平行していたほか、9月発売を目指してゲームを製作していたサードパーティはローンチにソフトを揃えることが出来なかった。このため、サターンはローンチ前の宣伝に失敗したうえに北米の有力サードパーティからの反感を買った。さらにトイザらスなどごく限られた小売店でのみ限定販売するとしたため、サターンの先行販売から漏れたウォルマートやKBトイズなどの大手小売店は激怒。とりわけKBトイズは即座にセガ製品を店舗から全て撤去し、サターンの正式販売後も一切販売を扱っていない。なお、サターン発売以降は大半のサードパーティが32Xからサターン用ゲームの開発に切り替えたため、32Xのコンテンツ不足は最後まで解消しなかった。また、セガは32Xを「32bit級」の性能であると主張していたが、サターンやPSなどの次世代32bit機が北米で出揃うにつれ、特に3D性能における32Xの性能不足が明らかとなった。日本においては、前述のように普及度が高まるサターンに対してスーパー32Xがまったく販売を伸ばせない状況が続き、発売から1年も経たない1995年10月、中山はサターンに力を集約するために（32Xを含む）旧世代のセガハードの生産を終了することを発表。スーパーファミコン/SNESにおける『スーパードンキーコング』相当のキラータイトルが登場しないまま、アメリカの32Xユーザーは切り捨てられ、同時にGenesisユーザーもサターンへの移行が不十分なまま切り捨てられた。日本では発売初日に17万台を売り上げたサターンの販売台数は、北米ではPSが発売された1995年9月の時点でわずか8万台に過ぎなかったが、PSは発売1か月で10万台を売り上げ、サターンをすぐさま抜き去る。加えて、次世代機への移行が始まった1995年度にも270万台を売り上げたSNESに対し、展開が終了したGenesisの販売台数は210万台であり、発売以来北米トップの売り上げを維持していたGenesisはその座をSNESに奪われる結果となった。最終的に全世界でリリースされた32X対応ソフトは、「スーパー32XCD」用ソフトを含めてわずか40本に留まることとなり、32Xはソフトの少なさ・次世代ゲーム機と比較しての性能の低さ・性能の低さに対して価格の高さ・ハードのライフスパンの短さ・アメリカにおける普及率の高さによって、世界最大のゲーム市場であるアメリカにおけるセガのブランディング戦略に致命的なダメージを与えた。1994年11月に159ドルで華々しく発売された32Xの販売価格は、1995年5月のサターン投入後に99ドルまで値下げされ、さらに1995年10月の生産終了後に19.95ドルで投げ売りされる結果となり、ユーザーの心証を非常に悪くした。『Electronic Gaming Monthly』の1996年度バイヤーズ・ガイドでは前年の高評価と打って変わり、4人の評価者が32Xに3点/3点/3点/2点（全40点満点）の低評価を与えている。欧州各国では1995年7月にサターンが発売。日本や北米と異なり8ビット機世代から成功を収めていた欧州では、その時点でメガドライブなどに加えてセガ・マスターシステムの市場が残存していたが、それらを切り捨てて投入されたサターンの普及台数は北米すら大きく下回ってしまう。北米以外の海外市場でも、サターンを推す日本セガと32Xを推す米セガの方針が食い違う中でマーケティングは混乱してサターンと32Xは共倒れとなり、PSとNINTENDO64に市場を奪われる結果となった。1996年4月15日、カリンスキが米セガの社長職を辞任。この頃には日本市場でもサターンはPSの後塵を拝する状況となり、1997年にはセガの経営が急激に悪化。1998年には中山も日本セガから辞任し、サターンの販売終了とドリームキャストの投入が行われた。カリンスキは32Xやサターンといったハードやマーケティングの失敗よりも、メガドライブ/Genesis初期から続く日本セガと米セガとの対立がその後のセガの零落を招いたと振り返っている。