Projekt Microsoft zainwestował ponad 100 milionów dolarów w udoskonalenie projektu kontrolera do konsoli Xbox One. Wewnętrzni projektanci stworzyli prototypy zawierające różne modyfikacje i ulepszenia w stosunku do kontrolera Xbox 360. Wśród rozważanych pomysłów znalazły się również nietypowe funkcje, takie jak wbudowane ekrany i głośniki (które ostatecznie odrzucono ze względu na ich wpływ na żywotność baterii oraz zbędność wobec głównego ekranu i systemu audio), a także możliwość wydzielania zapachów.
Kontroler Xbox One zachowuje ogólny układ znany z kontrolera Xbox 360, jednak wprowadza szereg udoskonaleń, takich jak przeprojektowane uchwyty, bardziej jednolitą obudowę oraz usunięcie wystającego przedziału na baterie. Kontroler wyposażono również w emitery światła, które umożliwiają jego śledzenie i parowanie za pomocą sensora Kinect, a także wykrywanie, kiedy nie jest trzymany – co pozwala na automatyczne przejście w tryb niskiego zużycia energii. Urządzenie posiada port micro USB, co umożliwia jego przewodowe użycie zarówno z konsolą, jak i komputerami z systemem Windows 7 lub nowszym (po zainstalowaniu sterowników), a także aktualizowanie oprogramowania sprzętowego.