Sau một thời gian dài đối thủ của Microsoft là Apple tung ra thị trường dòng máy ipod touch, trưởng bộ phận R&D của Microsoft, Robbie Bach đã bắt đầu triển khai dự án về máy nghe nhạc Zune sở hữu màn hình cảm ứng để đáp trả đối thủ.Nhóm phát triển Zune bắt đầu làm lại ngay lập tức hệ điều hành của Zune phiên bản cũ dựa trên nền tảng Windows CE để phù hợp với thiết bị có màn hình cảm ứng như Zune phiên bản mới. Và hãng Astro Studios đã được chọn để thiết kế vỏ nhôm cho Zune HD.[9]. Vào ngày 19/06/2009, một thành viên trong nhóm phát triển Zune Matt Akers đã xác nhận rằng Zune HD sẽ được trang bị chip nVidia Tegra APX 2600 và màn hình cảm ứng OLED touchscreen.[cần dẫn nguồn]

Cuối cùng thì Zune HD đã lên kệ tại các kênh bán lẻ vào ngày 15/09/2009 với 2 màu cơ bản là đen và bạch kim với dung lượng tùy chọn là 16G và 32G. Ngoài ra, các phiên bản Zune HD màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương cũng được bán thông dịch vụ Zune Originals store.[10]

Hai tháng sau, vào ngày 6 tháng 11 năm 2009, bản firmware cập nhật 4.3 được phát hành.[11]. Bản firmware mới cải thiện tốc độ duyệt web, đồng thời hỗ trợ thêm nhiều ứng dụng mới cũng như được sửa một số lỗi trong bản firmware cũ. Vào ngày 11/11/2009, một số ứng dụng mới đã có mặt trên Zune Marketplace. Những ứng dụng mới bao gồm PGR: Ferrari Edition, Audiosurf Tilt, Lucky Lanes Bowling, Vans Sk8: Pool Service, Checkers, and Piano.[12]

Ứng dụng Twitter dành cho Zune HD đã được phát hành vào ngày 16 tháng 12 năm 2009. Sau đó, vào ngày 01 tháng 03 năm 2010 ứng dụng Facebook cũng có mặt trên Zune Marketplace, người dùng Zune HD có thể tải trực tiếp bằng máy hoặc update thông qua phần mền Zune Software PC.Vào ngày 5 tháng 4 năm 2010, theo lời công bố tại triển lãm CES 2010,[13] bản firmware 4.5 đã được phát hành, kèm theo bản firmware mới này có nhiều tính năng mới như on-device Smart DJ (tính năng này đã được giới thiệu trên phần mềm Zune Software cài trên máy tính PC), hỗ trợ thêm mã Xvid và hỗ trợ cả Marketplace thông qua đế cắm Dock.Khoảng gần một tuần sau đó, vào ngày 9 tháng 4 năm 2010, phiên bản Zune HD với dung lượng 64G đã được bán, nhờ đó bản 16G và 32G trước đó đã được giảm giá $20.

Ngày 3 tháng mười, 2011, Microsoft tuyên bố đã ngừng sản xuất mọi thiết bị Zune, khuyến khích người dùng chuyển sang sử dụng Windows Phone. Thông báo này được gỡ bỏ ngay lập tức,[14][15] tuy nhiên nó đã được đăng lại và xác nhận bởi Microsoft sau đó.

Năm 2012, Microsoft khởi động Xbox Music, tiếp nối thị trường Zune Marketplace. Với sự ra đời này, một số dịch vụ của Zune và Zune Marketplace đã ngừng hoạt động. Các ứng dụng cho Zune HD không còn được cung cấp qua Zune Software, một số thành phần mạng xã hội của Zune cũng ngừng hoạt động, và các giới hạn mua và xem các video ca nhạc được đặt ra.[16]

Nửa sau năm 2012, người dùng không thể tải trực tiếp bài hát vào thiết bị Zune HD được nữa.[17] Theo cập nhật của Zune Support Twitter, Microsoft thông báo đây là một phần trong cuộc chuyển đổi từ Zune Music sang Xbox Music.[18]