在Windows XP的历史上，微软先后发布支援两种不同架构的64位版本。但它们都没有像32位版那样在市场上取得成功。
Windows XP 64-bit Edition
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2001年10月当Windows XP正式发布时，微软发布针对安腾处理器的版本Windows XP 64-Bit Edition，成为当时Windows XP家族中的一员。专业版中的多数多媒体相关的功能并不包含于这个版本中，从功能的角度上看它与专业版不处于同一水平。加之它多由基于安腾处理器的工作站系统一同出售，没有采用前两个版本所采用的系统激活策略，因此不能将它简单的看作是专业版的安腾化，而是单独的一个适用于64位运算的XP版本。由于安腾所采用的IA-64架构与IA-32有本质的区别，为了保证平滑的过渡，这类处理器往往内置一个x86运行引擎来单独运转x86指令。而为了兼容基于IA-32的软体，在这个版本中内置WoW64(Windows on Windows 64-bit)的软体层来捕捉IA-32指令，并将处理器陷入x86引擎来进而运转软体。然而这个引擎的性能并不理想，加之对这一版本支援的软体屈指可数。微软在2002年发布Service Pack 1后，便被后文中所提到的版本取代。
微软在2003年3月28日发布了针对第二代安腾处理器的Windows XP 64-Bit Edition Version 2003。与前版不同，它包含了很多在专业版中的功能，如媒体播放器。但仍与专业版在功能上不处于同一水平，仅仅是64位版的第二个版本而已。但由于它与Windows Server 2003同时发布，并采用相同的核心代码，因此它更像是Windows NT 3/4时代的工作站版。在2005年初，随著最后的安腾工作站供应商惠普的退出，它在Service Pack 1发布之前便被微软早早的放弃掉了；取而代之的是下文所提及的基于另一个架构的64位版本。
Windows XP Professional x64 Edition
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早在Windows XP发布之初，微软便有意向支持基于AMD64架构的处理器，但由于成型的处理器并没有大量生产，加之安腾先一步的出现，使微软对它处于一种保守的支持态度。最早的公众可见版是2003年9月发布的Windows XP 64-Bit Edition for AMD Opteron and AMD Athlon 64 systems，事实上它是Windows XP 64-Bit Edition Version 2003的AMD64化，基于开发过程的Service Pack 1代码库。由于当时英特尔期待向安腾的过渡，迟迟未将传说中的64位Yamhill处理器公众于世，这使得AMD64抢先一步被微软所接纳。AMD64并不是一个革新的架构，而是类似于80286到80386的衍变，并且这类处理器使得基于IA-32架构的软件可以在性能不受损的情况下运转，保留了原有软件的投入并加速了应用软体向64位的过渡。鉴于此势英特尔后来发布的处理器对这个架构尽可能的支持(兼容)，对这一支持技术英特尔先后称为Intel EM64T和Intel64；为了避免混誵而将安腾处理器使用的架构IA-64称为Itanium Processor Architecture（安腾处理器架构）。
随著基于AMD64处理器的平民化，加之雅典奥运开幕式左右英特尔发布第一款支持EM64T的Pentium 4后，逐步的将全线主流产品转入对64位元运算的支持，使得大部分当时的电脑都具有运行64位系统的潜能。相对于安腾全平台革新性的做法，这类平台并没有明显的变化。这些特性催促著微软可以开发出一个利用这个架构特性的64位专业版。终于在2005年3月微软发布了支持这一架构的Windows XP Professional x64以及和它对应的伺服器版本——保留了微软自Windows NT 3.0以来发布视窗的传统。在这个版本中AMD64与EM64T处理器被同时支持，冠以x64下。
Windows XP Professional x64 Edition
尽管微软的安腾桌面平台的支持终于Windows XP 64-Bit Edition Version 2003——未能像伺服器部分进入到了后来的Serivce Pack阶段，但更多的设计初衷在这一架构中得到了借尸还魂；并且它也包含了专业版中的完整功能，使得它成为64位版与专业版在功能化的最终继承。
功能与特点
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微软桌面产品对64位运算的第一次支援，更多处理器和更大内存的支持。
通过Windows on Windows 64软体层提供对原32位应用软体的支援，摒弃了对DOS和16位视窗软体的支援。
在安腾版本中第一次引入了对Intel EFI固件桌面级的支援，而x64位版则延迟到了Windows Vista SP1时代。