Canon EOS 1D X là sự tổng hợp của những công nghệ và kỹ thuật mới nhất của Canon như bộ cảm biến ảnh full-frame mới, bộ xử lý DIGIC V kép, hệ thống lấy nét mới.
Với thiết kế thân máy mang đặc trưng dòng EOS 1D, Canon EOS 1D X có kiểu dáng hầm hố, mềm mại ở một số đường nét bo góc. Phần màn hình LCD phụ ngay bên cạnh nút chụp hình chính được mở rộng hơn, màn hình LCD định dạng rộng thích hợp cho việc quay phim.
Canon EOS 1D X sử dụng bộ cảm biến full-frame độ phân giải 18,1 megapixel, độ phân giải khiêm tốt hơn so với 1D Mark IV hay 1Ds Mark III nhằm tối ưu hoá tốc độ xử lý hình ảnh cũng như đảm bảo chi tiết hình ảnh. Với bộ xử lý DIGIC V kép, máy có thể đem đến hiệu suất xử lý mạnh gấp 17 lần so với DIGIC IV trước, hỗ trợ dải ISO tự động từ 100-51,200, mở rộng tối thiểu 50 và thêm hai mức cao H1 102.400 và H2 204.800. Bộ xử lý cũng có khả năng chụp được 12 fps vừa có thể lấy nét liên tục hoặc tối đa 14 fps.
Từ hệ thống lấy nét 45 điểm tự chọn (39 điểm cross-type f/2.8) từ EOS 1D Mark IV, Canon đưa đến EOS 1D X hệ thống lấy nét 61 điểm đồ sộ, bao gồm 21 điểm trung tâm hỗ trợ cross-type f/5.6, trong cụm 21 điểm này còn gồm 5 điểm cross-type f/2.8. Bộ cảm biến đo sáng RGB 100,000 điểm ảnh cùng công nghệ EOS iSA giúp nhận dạng, phân tích chủ thể thông minh và EOS iTR (Intelligent Tracking and Recognition) AF bám nét đối tượng thông minh.
Canon cũng đầu tư cho các nhà làm phim bằng máy DSLR bằng việc trang bị những tính năng mới trong EOS 1D X như sử dụng định dạng nén ALL-i, IPB. Mỗi đoạn video dài đến 29 phút 59 giây. Máy hỗ trợ độ phân giải full HD 1920 x 1080 pixel 24p (23,976), 25p, 30p (29,97) và quay video 720p HD hoặc SD hoặc 50p hoặc 60p (59,94). Máy cũng bao gồm việc điều chỉnh âm thanh bằng tay, điều chỉnh trước và trong khi quay, công nghệ lọc âm gió...
Cùng giới thiệu với EOS 1D X là hai phụ kiện WFT-E6A hỗ trợ kết nối wi-fi 802.11n và GP-E1 hỗ trợ kết nối GPS. EOS 1D X sử dụng kết nối LAN Ethernet 1 Gbps giúp truyền tải dữ liệu nhanh hơn so với USB 2.0.