Xbox One控制器保留与Xbox 360控制器大致相同的布局，包括四个主面部按钮，两个肩部保险杠，两个模拟触发器，两个模拟摇杆和一个数字D-pad。“开始”和“后退”按钮由“菜单”和“查看”按钮代替，而“指南”按钮现在由白色的背光Xbox徽标组成，并且不具有用作指示灯的“光环”控制器的分配编号（1到4）。

    微软投资了超过1亿美元来完善Xbox One的控制器设计。内部设计师通过Xbox 360控制器对设计进行了各种调整和改进，并创建了原型，其中包括非传统功能，例如嵌入式屏幕和扬声器（由于它们对电池寿命的影响以及对主显示屏和显示器的冗余性而被拒绝了）。声音系统，以及散发异味的能力。
    Xbox One控制器保留了Xbox 360控制器设计中的总体布局，但具有诸如重新设计的手柄，更平滑的构造以及移除突出的电池仓之类的增强功能。该控制器还包含发光器，可以使用Kinect传感器对其进行跟踪和配对，并检测何时未握持它以自动进入低功耗状态。该控制器包含一个微型USB端口，可通过控制台或运行Windows 7或更高版本的计算机（具有驱动程序）和固件更新对控制器进行有线使用。对于通信，该控制器使用一种新的专有协议，该协议的带宽比Xbox 360控制器使用的无线协议的带宽更大，从而减少了等待时间并允许获得更高质量的头戴式耳机音频。
    模拟摇杆具有新的纹理边框，而D-pad改为使用更传统的4向设计，而不是360控制器的圆形8向设计。做出此更改的部分原因是格斗游戏玩家的批评，尽管这些游戏在D-pad上使用“扫描”是8路设计动机的一部分，但他们仍认为Xbox 360的D-pad在这类游戏中表现不佳。更新的四向设计也更适合用作游戏中的单个按键，以将它们用于项目选择。修改了面部按钮的设计，以提高其可读性，采用了三层设计，包括黑色背景，彩色字母和透明覆盖物，旨在使字母看起来像“盘旋”在其中。按键本身也略微靠近。
    保险杠和扳机按钮已进行了大修，采用了新的弯曲形状，以改善其人体工程学，因为用户的手指现在自然地与它们成一定角度，与Xbox 360控制器上的笔直设计不同。保险杠也与扳机齐平。触发器本身现在具有更平滑的感觉，并且更加精确。每个触发器均具有独立的称为“脉冲触发器”的隆隆电动机，这使开发人员可以对定向振动进行编程。发射枪时可以使一个触发器振动，或者两者都可以一起产生反馈，以指示击中的方向。

    驱动程序于2014年6月发布，允许Xbox One控制器通过运行Windows 7或更高版本的PC上的USB连接使用。适用于Windows的Xbox One无线适配器是USB 加密狗，它允许一次无线使用多达八个控制器。2015年10月发行时，仅Windows 10支持它。Windows 7和8.1的驱动程序于2015年12月发布。该适配器于2017年8月更新，具有较小的尺寸。
    在Windows 10上，内置了对控制器的支持，包括在使用无线加密狗或USB电缆时对无线音频的支持（蓝牙不支持）。还可以通过Xbox附件应用程序管理该控制器，该应用程序的功能包括按钮重新映射（适用于常规控制器和Elite控制器），输入测试和固件更新。在Windows 7或8.1上，需要驱动程序，并且上述功能不可用。
    微软还支持Android上支持蓝牙的Xbox One控制器，特别列出了某些Samsung Galaxy设备上对Minecraft：Gear VR Edition的支持。
    在2019年6月，苹果宣布在iOS 13，macOS Catalina和tvOS 13中支持支持蓝牙的Xbox One控制器，这些控制器将于2019年秋季推出。

    立体声耳机适配器
    Xbox One立体声耳机适配器允许将带有3.5毫米耳机插孔的耳机与原始Xbox One控制器一起使用，而Xbox One控制器不包括3.5毫米插孔。还包括一个用于2.5毫米耳机插孔的适配器。
    聊天板
    Xbox One控制器与Xbox 360 Messenger Kit相似的键盘聊天板附件于2015年8月4日在Gamescom上亮相。
    播放和充电套件
    Xbox One控制器与Xbox 360版本类似，Play＆Charge工具包是Xbox One控制器的官方可充电电池组。