Embora cada modelo do Xbox 360 seja capaz de rodar os mesmos jogos, nem todos os modelos são criados com as mesmas especificações. O sistema Xbox 360 Premium, também chamado de modelo Pro, incluía vários recursos não encontrados nas versões Core e Arcade do hardware. O sistema Premium estava disponível no lançamento do console em 2005, junto com a versão Core. Lançado como a opção mais completa da época, o sistema Premium não está mais em produção, tendo sido substituído pelos modelos Elite e S.
Enquanto as primeiras produções do console Premium incluíam os mesmos componentes de placa-mãe do sistema Core, versões posteriores apresentavam a placa-mãe Falcon, que ajudava a prevenir falhas de hardware comuns em versões anteriores. Estas produções posteriores também incluíam uma CPU de 65 nm, que operava com menos ruído e calor que modelos anteriores. O sistema Premium também possui um drive de disco prateado, em contraste visual com o drive branco do sistema Core.
O Xbox 360 Premium incluía um disco rígido, que se conectava ao sistema externamente. Modelos originais incluíam limite de armazenamento de 20 gigabytes, enquanto versões mais novas atualizaram o drive para 60 GB. O disco rígido vinha com o título "Hexic HD" do Xbox Live Arcade pré-instalado.
O sistema Premium veio com um cabo de conexão único incluindo conexões de componente HD e compostas de definição padrão. Nenhum outro modelo 360 incluiu esses cabos. Embora o sistema tivesse saída HDMI, o pacote não incluía cabo de conexão HDMI. Note que algumas versões iniciais de 20 GB não tinham capacidades HDMI.
Além dos cabos de conexão componente/composto e disco rígido, o sistema Premium vinha com um controle sem fio branco, um headset com fio e um cabo Ethernet para conexões de rede. Como outros modelos, também incluía uma assinatura de teste do Xbox Live Gold.