Pierwsze procesory pod marką Athlon XP pojawiły się na rynku 9 października 2001 roku. Razem z premierą trzeciej generacji układów Athlon firma AMD wprowadziła nowe nazewnictwo swoich produktów. Układy AMD pracowały szybciej niż procesory Intela taktowane z identyczną częstotliwością. Wielu klientów za podstawowy wyznacznik szybkości układu uważała taktowanie. Aby wskazać rzeczywistą wydajność, zastosowano nowe nazwy, np. Athlon XP 1600+ posiadał w rzeczywistości częstotliwość taktowania 1400 MHz, ale osiągi podobne jak Pentium 4 1600 MHz od konkurenta. Porównywanie AMD i Intela jest trudne do przeprowadzenia w obiektywny sposób, jednak obyło się bez spraw sądowych. Według producenta skrót XP oznaczał „Xtra Performance”, ale podobieństwo do nazwy systemu Windows XP, który debiutował w tym samym okresie, jest oczywiste.

Athlon XP był następcą układów Athlon Thunderbird. To pierwszy procesor z firmy AMD z pełną obsługą instrukcji SSE dostępnych wcześniej jedynie w produktach firmy Intel. W porównaniu do produktów z drugiej generacji jego pierwsze wersje były o około 20% bardziej energooszczędne przy większej wydajności. Pod nazwą Athlon XP-M dostępne były wersje procesora dla urządzeń przenośnych. Miały one obniżony pobór energii oraz dodatkową funkcję „PowerNow!”, która automatycznie dostosowywała szybkość taktowania układu do aktualnych potrzeb.

Athlon XP Palomino (Model 6, 180 nm)

Model	Częstotliwość	L2 Cache	FSB	Mnożnik	Napięcie	TDP	W sprzedaży od
Athlon XP 1500+	1333 MHz	256 KB	133 MHz	10x	1,75 V	60,0 W	9 października 2001
Athlon XP 1600+	1400 MHz	256 KB	133 MHz	10,5x	1,75 V	62,8 W	9 października 2001
Athlon XP 1700+	1467 MHz	256 KB	133 MHz	11x	1,75 V	64,0 W	9 października 2001
Athlon XP 1800+	1533 MHz	256 KB	133 MHz	11,5x	1,75 V	66,0 W	9 października 2001
Athlon XP 1900+	1600 MHz	256 KB	133 MHz	12x	1,75 V	68,0 W	5 listopada 2001
Athlon XP 2000+	1667 MHz	256 KB	133 MHz	12,5x	1,75 V	70,0 W	7 stycznia 2002
Athlon XP 2100+	1733 MHz	256 KB	133 MHz	13x	1,75 V	72,0 W	13 marca 2002

Athlon XP Thoroughbred A/B (Model 8, 130 nm)

Model	Częstotliwość	L2 Cache	FSB	Mnożnik	Napięcie	TDP	W sprzedaży od
Athlon XP 1600+	1400 MHz	256 KB	133 MHz	10,5x	1,60 V	48,5 W (B)
Athlon XP 1700+	1467 MHz	256 KB	133 MHz	11x	1,50 V	49,5 W (A/B)
Athlon XP 1700+	1467 MHz	256 KB	133 MHz	11x	1,60 V	49,5 W (B)	10 czerwca 2002
Athlon XP 1800+	1533 MHz	256 KB	133 MHz	11,5x	1,50 V	51,0 W (A/B)
Athlon XP 1800+	1533 MHz	256 KB	133 MHz	11,5x	1,60 V	51,0 W (B)	10 czerwca 2002
Athlon XP 1900+	1600 MHz	256 KB	133 MHz	12x	1,50 V	52,5 W (A)
Athlon XP 2000+	1667 MHz	256 KB	133 MHz	12,5x	1,60 V	60,3 W (A/B)
Athlon XP 2000+	1667 MHz	256 KB	133 MHz	12,5x	1,65 V	60,3 W (A)	10 czerwca 2002
Athlon XP 2100+	1733 MHz	256 KB	133 MHz	13x	1,60 V	62,1 W (A/B)
Athlon XP 2200+	1800 MHz	256 KB	133 MHz	13,5x	1,60 V	62,8 W (A/B)	10 czerwca 2002
Athlon XP 2200+	1800 MHz	256 KB	133 MHz	13,5x	1,65 V	67,9 W (A)	10 czerwca 2002
Athlon XP 2400+	2000 MHz	256 KB	133 MHz	15x	1,65 V	68,3 W (B)	21 sierpnia 2002
Athlon XP 2600+	2133 MHz	256 KB	133 MHz	16x	1,65 V	68,3 W (B)	21 sierpnia 2002
Athlon XP 2600+	2083 MHz	256 KB	166 MHz	12,5x	1,65 V	68,3 W (B)	21 sierpnia 2002
Athlon XP 2700+	2167 MHz	256 KB	166 MHz	13x	1,65 V	68,3 W (B)	1 października 2002
Athlon XP 2800+	2250 MHz	256 KB	166 MHz	13,5x	1,65 V	68,3 W (B)	1 października 2002

Athlon XP Thorton (Model 10, 130 nm)

Model	Częstotliwość	L2 Cache	FSB	Mnożnik	Napięcie	TDP	W sprzedaży od
Athlon XP 2000+	1667 MHz	256 KB	133 MHz	12,5x	1,50 V	60,3 W	wrzesień 2003
Athlon XP 2000+	1667 MHz	256 KB	133 MHz	12,5x	1,60 V	60,3 W	wrzesień 2003
Athlon XP 2200+	1800 MHz	256 KB	133 MHz	13,5x	1,50 V	62,8 W	wrzesień 2003
Athlon XP 2200+	1800 MHz	256 KB	133 MHz	13,5x	1,60 V	62,8 W	wrzesień 2003
Athlon XP 2400+	2013 MHz	256 KB	133 MHz	15x	1,65 V	68,3 W	wrzesień 2003
Athlon XP 3100+	2200 MHz	256 KB	200 MHz	11x	1,65 V	68,3 W	grudzień 2003

Athlon XP Barton (Model 10, 130 nm)

Model	Częstotliwość	L2 Cache	FSB	Mnożnik	Napięcie	TDP	W sprzedaży od
Athlon XP 2500+	1833 MHz	512 KB	166 MHz	11x	1,65 V	68,3 W	10 lutego 2003
Athlon XP 2600+	1917 MHz	512 KB	166 MHz	11,5x	1,65 V	68,3 W	21 września 2003
Athlon XP 2800+	2083 MHz	512 KB	166 MHz	12,5x	1,65 V	68,3 W	10 lutego 2003
Athlon XP 2900+	2000 MHz	512 KB	200 MHz	10x	1,65 V	68,3 W	grudzień 2004
Athlon XP 3000+	2167 MHz	512 KB	166 MHz	13x	1,65 V	74,3 W	9 lutego 2003
Athlon XP 3000+	2100 MHz	512 KB	200 MHz	10,5x	1,65 V	68,3 W	3 maja 2003
Athlon XP 3200+	2200 MHz	512 KB	200 MHz	11x	1,65 V	76,8 W	13 maja 2003
Athlon XP 3200+	2333 MHz	512 KB	166 MHz	14x	1,65 V	79,2 W	październik 2003