Un processeur 64 bits est un processeur dont la largeur des registres est de 64 bits sur les nombres entiers. En effet, des processeurs dits 32 bits gèrent depuis longtemps les nombres flottants sur 64 voire 128 bits.
Théoriquement, les processeurs 64 bits peuvent adresser 16 exbioctets (264) de mémoire contre 4 gibioctets pour des processeurs 32 bits. Dans la réalité, c'est beaucoup moins (dans le cas des PCs) puisque les CPU n'ont pas (encore à ce jour, en 2007) un bus physique de 64 bits pour adresser la mémoire. Certains en ont 40 (ce qui donne une limite de 1 Tio au maximum) ou 42 (4 Tio).
Tous les systèmes d'exploitations modernes supportent le 64 bits :