Ao contrário de outros sistemas que simplesmente mostram as aplicações gráficas localmente (isto é, na mesma máquina onde são executadas), o X Window permite o processamento de aplicações gráficas distribuídas pela rede, utilizando-se um relacionamento cliente/servidor; para tanto ele se utiliza do protocolo X.

Na relação cliente/servidor definida pelo protocolo X, a parte "servidor" roda na máquina local e é o responsável pela interação com o hardware e por mostrar as aplicações gráficas no display; já a parte "cliente" pode ser executada localmente ou remotamente, e é encarregada de executar as aplicações gráficas e dizer ao servidor o que mostrar. Essa arquitetura permite uma grande portabilidade, uma vez que é necessário modificar apenas a parte que faz o acesso ao hardware. Além do mais, através do protocolo X é possível até mesmo executar aplicações gráficas em diferentes sistemas, sendo possível, por exemplo, rodar uma aplicação em um sistema HP-UX® e visualizá-la em um sistema Linux.

O X Window pode ser utilizado tanto distribuído em uma rede quanto apenas localmente de maneira transparente para o usuário.