64位CPU指的是CPUGPRs（General-PurposeRegisters，通用寄存器）的数据宽度为64位，64位指令集就是运行64位数据的指令，也就是说处理器一次可以运行64bit数据。在高端的RISC（ReducedInstructionSetComputing，精简指令集计算机）很早就有64bit处理器了，比如SUN公司的UltraSparcⅢ、IBM公司的POWER5、HP公司的Alpha等。
64位CPU在1960年代，便已存在於超级电脑，且早在1990年代，就有以RISC为基础的工作站和伺服器。2003年才以x86-64和64位PowerPC处理器架构的形式引入到（在此之前是32位）个人电脑领域的主流。
一个64位的CPU,内部可能有外部资料汇流排或不同大小的位址汇流排，可能比较大或比较小；术语「64位」也常用於描述这些汇流排的大小。例如，目前有许多机器有着使用64位汇流排的32位处理器（如最初的Pentium和之後的CPU），因此有时会被称作「64位」。同样的，某些16位处理器（如MC68000）指的是16/32位处理器具有16位的汇流排，不过内部也有一些32位的性能。这一术语也可能指电脑指令集的指令长度，或其它的资料项（如常见的64位双精度浮点数）。去掉进一步的条件，「64位」电脑架构一般具有64位元宽的整数型暂存器，它可支援（内部和外部两者）64位「区块」（chunk）的整数型资料。
目前，64位CPU的64位技术主要有AMD64位技术和EM64T技术。
一、AMD64位技术
AMD64的位技术是在原始32位X86指令集的基础上加入了X86-64扩展64位X86指令集，使这款芯片在硬件上兼容原来的32位X86软件，并同时支持X86-64的扩展64位计算，使得这款芯片成为真正的64位X86芯片。这是一个真正的64位的标准，X86-64具有64位的寻址能力。
X86-64新增的几组CPU寄存器将提供更快的执行效率。寄存器是CPU内部用来创建和储存CPU运算结果和其它运算结果的地方。标准的32-bitx86架构包括8个通用寄存器（GPR），AMD在X86-64中又增加了8组（R8-R9），将寄存器的数目提高到了16组。X86-64寄存器默认位64-bit。还增加了8组128-bitXMM寄存器（也叫SSE寄存器，XMM8-XMM15），将能给单指令多数据流技术（SIMD）运算提供更多的空间，这些128位的寄存器将提供在矢量和标量计算模式下进行128位双精度处理，为3D建模、矢量分析和虚拟现实的实现提供了硬件基础。通过提供了更多的寄存器，按照X86-64标准生产的CPU可以更有效的处理数据，可以在一个时钟周期中传输更多的信息。
二、EM64T技术
Intel官方是给EM64T这样定义的：EM64T全称ExtendedMemory64Technology，即扩展64bit内存技术。EM64T是IntelIA-32架构的扩展，即IA-32e（IntelArchitectur-32extension）。IA-32处理器通过附加EM64T技术，便可在兼容IA-32软件的情况下，允许软件利用更多的内存地址空间，并且允许软件进行32bit线性地址写入。EM64T特别强调的是对32bit和64bit的兼容性。Intel为新核心增加了8个64bitGPRs（R8-R15），并且把原有GRPs全部扩展为64bit，如前文所述这样可以提高整数运算能力。增加8个128bitSSE寄存器（XMM8-XMM15），是为了增强多媒体性能，包括对SSE、SSE2和SSE3的支持。
Intel为支持EM64T技术的处理器设计了两大模式：传统IA-32模式（legacyIA-32mode）和IA-32e扩展模式（IA-32emode）。在支持EM64T技术的处理器内有一个称之为扩展功能激活寄存器（extendedfeatureenableregister，IA32_EFER）的部件，其中的Bit10控制着EM64T是否激活。Bit10被称作IA-32e模式有效（IA-32emodeactive）或长模式有效（longmodeactive，LMA)。当LMA＝0时，处理器便作为一颗标准的32bit（IA32）处理器运行在传统IA-32模式；当LMA＝1时，EM64T便被激活，处理器会运行在IA-32e扩展模式下。
目前AMD方面支持64位技术的CPU有Athlon64系列、AthlonFX系列和Opteron系列。Intel方面支持64位技术的CPU有使用Nocona核心的Xeon系列、使用Prescott2M核心的Pentium46系列和使用Prescott2M核心的P4EE系列。
64位CPU主要有两大优点：可以进行更大范围的整数运算；可以支持更大的内存。
根据实际需要来选择合适的CPU，64位CPU比较适合一些需要进行大量数据运算的用户以及一些硬件发烧友。如进行数学计算、多维图形处理，这类用户因为要进行大量数据处理，64位CPU会适合他们使用，而一般的学生和家庭用户，我们建议还是选择32位的P4.C4,Athlon这些CPU，等到操作系统、办公软件、娱乐软件成功进入64位时代的时候，才是64位系统普及的真正来临。