FC使用一颗理光制造的8位的2A03 NMOS处理器(基于6502中央处理器，但是缺乏BCD模式)[2]，PAL制式机型运行频率为1.773447MHz，NTSC制式机型运行频率为1.7897725MHz，主内存和显示内存为2KB。

FC使用理光开发的图像控制器(PPU)，有 2KB 的视频内存，调色盘可显示 48 色及 5 个灰阶。一个画面可显示 64 个角色(sprites) ，角色格式为 8x8 或 8x16 个像素，一条扫描线最多显示 8 个角色，虽然可以超过此限制，但是会造成角色闪烁。背景仅能显示一个卷轴，画面分辨率为 256x240 ，但因为 NTSC 系统的限制，不能显示顶部及底部的 8 条扫描线，所以分辨率剩下 256x224。

从体系结构上来说，FC有一个伪声音处理器(pseudo-Audio Processing Unit，pAPU)，在实际硬件中，这个处理器是集成在2A03 NMOS处理器中的[3]。pAPU内置了2个几乎一样(nearly-identical)的矩形波通道，1个三角波通道，1个噪声通道和1个音频采样回放通道(DCM，增量调制方式)[4]。其中3个模拟声道用于演奏乐音，1个杂音声道表现特殊声效(爆炸声，枪炮声等)，音频采样回放通道则可以用来表现连续的背景音。

FC主机上有一个复位开关、1个电源开关、1个游戏卡插槽、2个带有十字方向键的2键手柄(游戏控制器)，主手柄上有"选择"和"开始"按钮。主机背面有电源接口、RF射频输出接口、视频图像输出接口、音频输出接口。前面还有一个扩展端口，用于连接光线枪、附加连发手柄等外部设备。

FC游戏通常以只 读内存形式存放于可插在主机插槽上的游戏卡中，容量有LA系列24K，LB系列40K，LC系列48K，LD系列64K，LE系列80K，LF系列128K，LG系列160K，LH系列256K，特卡系列和多合一卡带等。还有一些带有电池用来保存游戏进度。

1986年2月21日，任天堂还推出了一款FC磁盘机，可以在FC主机上通过转换器使用专用的软驱来读写游戏，软盘容量为112KB。