Phần mềm hệ thống Xbox One, đôi khi được gọi là Xbox OS là một điều hành hệ thống cho game console thế hệ thứ tám Xbox.[5] Nó là một hệ điều hành nền Windows sử dụng các màn hình ảo Hyper-V chứa các hệ điều hành cho game và ứng dụng chạy trên console. Xbox OS nằm trên bộ ổ cứng cho sử dụng hàng ngày, và cũng được sao lưu trong bộ nhớ NAND của console cho mục đích phục hồi và factory reset.Xbox One cho phép người dùng tải các ứng dụng để bổ sung vào chức năng của console. Từ tháng 6 năm 2014 trở đi, các ứng dụng giải trí không còn yêu cầu người dùng phải đăng nhập vào tài khoản Xbox Live Gold hợp lệ để sử dụng các tính năng của các ứng dụng nhất định.[6]Kể từ khi ra mắt, Microsoft đã cập nhật hệ điều hành hàng tháng, với các bản cập nhật được tải xuống trực tiếp từ dịch vụ Xbox Live vào Xbox One và sau đó cài đặt, hoặc bằng cách sử dụng các bộ khôi phục offline được tải về qua PC. Vào tháng 11 năm 2015, một bản cập nhật hệ thống lớn với cái tên New Xbox One Experience được phát hành, mang lại những thay đổi đáng kể cho thiết kế và tính năng của hệ thống.[7] Phần lõi Windows 10 đã thay thế cho lõi Windows 8 trong bản cập nhật này, và hệ thống mới này đôi khi được gọi là "Windows 10 trên Xbox One"[8][9]