AMD64指令集被應用在Athlon 64、Athlon 64 FX、Athlon 64 X2、Turion 64、Turion 64 X2、Opteron及較新款的Sempron和Phenom處理器上。 在x86-64出現以前，英特爾與惠普（Hewlett Packard）聯合設計出IA-64架構，惟這款64位架構並不與x86兼容，且市場反應較冷淡，同時受制於多個專利權，使其他廠商不能模仿。與x86兼容的AMD64架構便應運而生，其主要特點如名稱所述，既有支持64位通用暫存器、64位整數及邏輯運算，以及64位虛擬地址。設計人員也為架構作出不少改進，部份重大改變如下：
新增暫存器
地址闊度加長
SSE2、SSE3指令
“禁止運行”比特 (NX-bit): AMD64其中壹個特色是擁有“禁止運行”（No-Execute, NX）的比特，可以防止蠕蟲病毒以緩沖器滿溢的方式來進行攻擊（也稱：緩存溢出攻擊，Buffer Overflow）。 AMD64代表AMD放棄了跟隨Intel標準的壹貫作風，選擇了像把16位的Intel 8086擴充成32位的80386般，去把x86架構擴充成64位版本，且兼容原有標準。
AMD64架構在IA-32上新增了64位暫存器，並兼容早期的16位和32位軟件，可使現有以x86為對象的編譯器容易轉為AMD64版本。除此之外，NX bit也是引人註目的特色之壹。
不少人認為，像DEC Alpha般的64位RISC芯片，最終會取代現有過時及多變的x86架構。但事實上，為x86系統而設的應用軟件實在太龐大，成為Alpha不能取代x86的主要原因，AMD64能有效地把x86架構移至64位的環境，並且能兼容原有的x86應用程序。