Het op de Atari 400 gebaseerde ontwerp van het spel zorgde voor een ontwerp dat Atari Inc. snel kon bouwen en verkopen.
Tijdens het ontwerp werd de Atari 5200 "Atari Video System X - Advanced Video Computer System" genoemd. Atari beschermde het ontwerp met een codenaam, "Pam," naar een vrouwelijke werknemer bij Atari. Het gerucht ging dat "Pam" of "PAM" eigenlijk stond voor "Personal Arcade Machine". Dit kwam omdat de meeste spellen voor het systeem gebaseerd waren op bestaande arcade spellen. Werkelijk werkende Atari Video System X machines, waarvan de hardware 100% identiek is aan die van de Atari 5200 bestaan wel, maar ze zijn uiterst zeldzaam.
De eerste versie uit 1982 had vier controllerpoorten, waar bijna alle andere systemen uit die tijd er slechts twee hadden. De 5200 had ook een heel speciale nieuwe controller met een analoge joystick, een numeriek toetsenbord, twee vuurknoppen aan beide kanten van de controller en spelfunctietoetsen voor Start, Pauze en Reset. Een andere bijzonderheid was de eerste automatische TV-switchbox. Bij oudere spelsystemen die op de antennekabels van een televisie werden aangesloten, moest de gebruiker een schakelaar op de adapter met de hand verschuiven. Deze RF-box was ook de plaats waar de voeding van het spel werd aangesloten in een unieke dubbele voeding/televisiesignaal-opstelling, vergelijkbaar met die van de RCA Studio II. Een enkele kabel die uit de 5200 kwam, sloot aan op de schakelkast en werd gebruikt voor zowel de stroom als het televisiesignaal.
De 1983 versie van de Atari 5200 heeft twee controller poorten in plaats van vier. Atari veranderde terug naar een eenvoudiger aparte voeding en handmatige RF-schakelaar. Er waren ook wijzigingen in de cartridge poort om de Atari 2600 adapter te kunnen gebruiken die dat jaar werd uitgebracht. Hoewel de adapter alleen geschikt was voor de versie met twee poorten, konden wijzigingen worden aangebracht aan de versie met vier poorten om deze compatibel te maken. Tegen het einde van de productieperiode van het vierpoortsmodel werd een beperkt aantal consoles geproduceerd waarop deze wijzigingen waren aangebracht. Deze consoles zijn te herkennen aan een asterisk in hun serienummer.