Lors de l'Electronic Entertainment Expo 2016 (E3 2016), aux côtés de la Xbox One S, Microsoft présente le « Project Scorpio », une console censée sortir à la fin de l'année 2017. Project Scorpio sera la console la plus puissante au monde capable d'afficher de l'Ultra HD native et possède 6 Teraflops de puissance graphique. Project Scorpio (Scorpio est le nom du processeur de cette nouvelle Xbox) est officiellement présenté lors de l'E3 2017. Elle porte le nom officiel de Xbox One X. Microsoft annonce qu'elle sera disponible le 7 novembre 2017 au prix de 499 €.Tous les accessoires et les jeux qui fonctionnent sur Xbox One et Xbox One S fonctionnent sur Xbox One X. Microsoft mise sur plusieurs jeux afin d'appuyer l’argument principal « Xbox One X est capable d'afficher de l'Ultra HD native », comme Forza Motosport 7 ou State of Decay 2. La Xbox One X est également la console de marque Xbox la plus puissante, mais aussi la plus petite jamais créée. Par contre, une des plus lourdes avec 3,8 kg contre 2,9 kg pour la Xbox One S ou 3,5 kg pour la Xbox One classique.

Microsoft annonce que la Xbox One X est « 40 % plus puissante que n'importe quelle console existant à ce jour ». Afin de refroidir les composants, Microsoft intègre pour la première fois dans une console une chambre à vapeur à refroidissement liquide. Également pour la première fois dans une console, les technologies Dolby Atmos, AMD FreeSync et Direct X12 sont intégrées à la Xbox One X. Dolby Atmos sera également compatible avec les Xbox One et Xbox One S par la suite. FreeSync n'était jusque-là disponible que sur PC. L'implantation de DirectX 12 directement dans le processeur de la console permet notamment de réduire le nombre d'instructions à envoyer au processeur et d'augmenter son efficacité pour améliorer les performances des jeux utilisant cet API.

La Xbox One X est capable d'afficher de l'Ultra HD native (3840 x 2160 pixels) sur certains jeux. Elle est toutefois capable d'afficher de meilleures résolutions, ainsi que des fréquences d'image généralement plus stables que sa rivale, dû à son processeur plus puissant et à sa puissance de calcul plus élevée. La PS4 Pro n'affiche que rarement une vraie résolution Ultra HD, on parle souvent de rendu partiel (checkerboarding), de résolution 1080p, ou de 1440p (à noter que ces techniques s'appliquent aussi à certains jeux sur Xbox One X). La Xbox One X améliore également les graphismes en Full HD au niveau du système même à défaut de l'Ultra HD, ce que fait la PS4 Pro par choix des développeurs, via une mise à niveau d'une image de format supérieur vers un format plus petit (Suréchantillonnage). Un programme débuté par Microsoft pour la sortie de la console, nommé « Optimisé pour Xbox One X » sert d'indication aux consommateurs portant sur les jeux ayant reçu une attention particulière des développeurs pour introduire des fonctionnalités supplémentaires comme une résolution Ultra HD et/ou une meilleure fréquence d'image et/ou des effets visuels bonifiés (incluant le support de la HDR).

Un responsable de Xbox France, Hugues Ouvrard et le PDG de Xbox, Phil Spencer déclarent que « la Xbox One X est sans rivale ».

Une édition collector est annoncée lors de la Gamescom 2017. Cette édition se nomme Project Scorpio et fait référence au nom de code de la console révélé au grand public à l'E3 2016 au côté de la Xbox One S. Elle a la particularité de disposer d'un design légèrement différent et inclut d'office un support pour mettre en place la console en position verticale. Cette édition était disponible en précommande après son annonce, au même tarif que la Xbox One X classique (499 €). Elle n'est aujourd'hui plus disponible à la vente.