La macchina si presenta come una scatola rettangolare di colore nero (ma durante gli anni uscirono anche edizioni speciali caratterizzate da colori diversi) con gli spigoli arrotondati e che presenta sul lato superiore una fessura per l'inserimento delle cartucce contenenti i giochi e sulla parte frontale i connettori per i joystick.

La console funziona mediante cartucce che vengono direttamete inserite nella macchina, questo sistema permette di immagazzinare meno dati rispetto ai cd-rom, ma permette tempi di caricamento minimi, possibilità di salvataggio senza ausilio di memory card, ed ha scongiurato la piaga della pirateria.

Il Nintendo 64 presenta quattro uscite per i joystick, in modo tale che si possa giocare con titoli multiplayer per quattro giocatori senza dover comprare supporti aggiuntivi come il Multitap di Sony.

Sotto il joypad è disponibile uno slot che consente di inserire periferiche addizionali.

Davanti alla console è presente uno slot per inserire un nuovo banco di memoria RAM.

Sotto alla console è presente uno slot utilizzato per collegare la console con il Nintendo 64DD, uscito solo in giappone.

A differenza del suo predecessore (il SNES), il Nintendo 64 non può fornire in uscita un segnale video RGB, e, nella versione europea, nemmeno S-Video.