Видеоподсистема для Xbox 360 разработана корпорацией ATI Technologies (ныне это подразделение корпорации AMD) и работает на частоте 500 МГц. Чип Xenos имеет очень сложную архитектуру, которая позволяет реализовать самые передовые графические технологии. Поддерживаются высокие разрешения HD 480i, 480p, 720p и 1080p. Однако у Xbox 360 отсутствует выход HDMI, который обеспечивает максимальное качество передачи изображения на телевизоры и панели высокого разрешения.

Xbox 360 имеет на борту 512 Мбайт памяти GDDR3 с 128-битной шиной и частотой в 700 МГц. Память динамично распределяется между процессором и видеоподсистемой.

Все игры, созданные для Xbox 360, имеют объемный многоканальный звук в формате Dolby Digital 5.1. Система способна воспроизводить до 256 аудиоканалов одновременно и осуществлять обработку до 320 аудиоканалов в формате 16 бит, 48 кГц. Все звуковые файлы для игр Xbox 360 представлены в собственном формате Microsoft XMA. Встроенный кодек MPEG-2 отвечает за декодирование и воспроизведение звука в фильмах в формате DVD. Для воспроизведения потокового и другого видео применяются форматы VC-1, WMV и WMV HD. Для обработки потокового видео используются технологии Windows Media Player 11.