Nokia Lumia 520 chạy hệ điều hành Windows Phone 8, cùng những phần mềm công nghệ độc quyền từ nhà sản xuất như Nokia Mix Radio và HERE Maps. Tuy nhiên vì giá thành rẻ nên những công nghệ độc quyền khác từ Nokia như: màn hình hỗ trợ ClearBlack Display, PureMotion HD+ hoặc công nghệ chụp ảnh PureView đều đã được loại bỏ, phần ứng dụng quan trọng Nokia City Lens cũng không còn. Lumia 520 nhận được bản cập nhật phần mềm Lumia Amber vào giữa năm 2013, mang về rất nhiều cập nhật và cải tiến mới. Bản cập nhật Lumia Black được ra mắt vào cuối năm 2013. Tiếp đó là Lumia Cyan (2014) và Lumia Denim trong 2015. Lumia 520 cũng có thể nâng cấp lên Windows Phone 8.1.