Η x86-64 είναι επέκταση του συνόλου εντολών x86. Υποστηρίζει σημαντικά μεγαλύτερους χώρους εικονικών και φυσικών διευθύνσεων μνήμης σε σχέση με το x86, επιτρέποντας στον προγραμματιστή να εργάζεται με μεγαλύτερους όγκους δεδομένων. Επίσης η x86-64 έχει καταχωρητές γενικής χρήσης 64-bit και πολλές άλλες βελτιώσεις. Η αρχική προδιαγραφή δημιουργήθηκε από την AMD και έχει υλοποιηθεί από την AMD, την Intel, τη VIA και άλλες εταιρείες. Διατηρεί πλήρη συμβατότητα προς τα πίσω με κώδικα 32-bit.[1](p13) Επειδή το πλήρες σύνολο εντολών 32-bit εξακολουθεί να υλοποιείται σε υλικό χωρίς προσομοίωση, τα εκτελέσιμα 32-bit για x86 εκτελούνται χωρίς προβλήματα συμβατότητας ή ταχύτητας,[2] αν και οι εφαρμογές μπορούν να μετατραπούν ώστε να εκμεταλλευτούν τις δυνατότητες της νέας σχεδίασης και να εκτελεστούν γρηγορότερα.
Αφού κυκλοφόρησε την αρχιτεκτονική με το όνομα "x86-64", η AMD τη μετονόμασε σε AMD64 το 2003[3] ενώ η Intel αρχικά χρησιμοποίησε τα ονόματα IA-32e και EM64T, καταλήγοντας τελικά στο Intel 64 για τη δική της υλοποίηση. Το όνομα x86-64 χρησιμοποιείται ακόμα από σημαντικό μέρος της βιομηχανίας ως όρος που δεν εξαρτάται από τον κάθε κατασκευαστή, ενώ κάποιες άλλες εταιρείες, όπως η Sun Microsystems[4] (που τώρα ανήκει στην Oracle Corporation) και η Microsoft,[5] χρησιμοποιούν το όνομα x64.
Ο πυρήνας AMD K8 ήταν ο πρώτος που υλοποίησε την αρχιτεκτονική - αυτό υπήρξε και η πρώτη σημαντική προσθήκη στην αρχιτεκτονική x86 που σχεδιάστηκε από άλλη εταιρεία και όχι από την Intel. Η Intel αναγκάστηκε να ακολουθήσει και κυκλοφόρησε μια τροποποιημένη οικογένεια NetBurst που ήταν πλήρως συμβατή από την πλευρά του λογισμικού με τη σχεδίαση και τις προδιαγραφές της AMD. Η VIA Technologies κυκλοφόρησε το x86-64 με την αρχιτεκτονική VIA Isaiah, στον επεξεργαστή VIA Nano.
Η προδιαγραφή x86-64 είναι διαφορετική από την αρχιτεκτονική Itanium (πρώην IA-64) της Intel, η οποία δεν είναι συμβατή με το σύνολο εντολών της αρχιτεκτονικής x86.
Figures 5, 6 and 7 also show the 32-bit version of WAS runs applications at full native hardware performance on the POWER and x86-64 platforms. Unlike some 64-bit processor architectures, the POWER and x86-64 hardware does not emulate 32-bit mode. Therefore applications that do not benefit from 64-bit features can run with full performance on the 32-bit version of WebSphere running on the above mentioned 64-bit platforms.