Lors de l'E3 2016, la firme Xbox présente une nouvelle version de la Xbox One, une slim baptisée la Xbox One S. Cette nouvelle machine est 40 % plus petite que la Xbox One originale et propose un modèle équipé d'un disque dur de 2 To de stockage. Elle peut également supporter la vidéo au format Ultra HD, intègre un nouveau lecteur Blu-ray Ultra HD et comporte un mode HDR 10. Elle supporte également l'upscaling des jeux initialement conçus en résolution plus basse (900p et 1 080p). Elle est disponible depuis le 2 août 2016 pour le modèle 2To ; le 22 septembre 2016, un modèle 500 Go est vendu 299 dollars et un modèle 1 To, 349 dollars sur le marché américain.Contrairement à la Xbox One originale, la Xbox One S ne comporte pas de bloc d'alimentation externe mais celui-ci se trouve dans la console elle-même. Cette nouvelle machine peut être posée à la verticale.

La Xbox One S est plus puissante que la Xbox One, avec 0,09 téraflops de plus pour la Xbox One S. Elle a une fréquence de 853 MHz à 914 MHz. Ainsi, des performances plus stables sont notables sur la Xbox One S. Aussi, le processeur de la Xbox One classique est gravé en 28 nanomètres contre 16 nanomètres avec la nouvelle Xbox One S, permettant de meilleures performances et économies d'énergie (permettant par la suite de réduire la puissance de l'alimentation et de l'intégrer en interne). Elle fonctionne aussi avec un son Dolby Atmos.