プラットフォームハードウェアと多数のソフトウェアという手法は、ハードウェアの進歩や新しいプログラミング手法の導入（※これらのゲーム機のソフトはほとんどがアセンブリ言語で記述されていたが、世の中のプログラミングはC言語などに移行しつつあった）を阻害するものではあったが、ゲームソフトという特定の先鋭分野における競争と技術開発を促進することでゲームソフト業界を急速に発展させる一因にもなった。
ゲームソフトの技術力や表現力が向上し、より高性能のハードウェアが求められ、ゲーム機専用のCPUやプロセッサが設計されるようになった。もちろんゼロから新しいアーキテクチャを開発したゲーム機は当時はまだなかったが、ごく最小限のCPUコアの周囲にゲームソフトの処理に特化した様々な機能のパターンを配して1チップとして製造する、特定ゲーム機専用CPUが次々と登場した（8ビット機にもその傾向はあったが、16ビット機になりさらに鮮明になった）。
16ビットゲーム機の採用CPU（アーキテクチャ）
スーパーファミコン（任天堂、1990年 - 2003年製造）…… 65816（6502の上位アーキテクチャ）、サウンドCPUはSPC700（6502に類似したアーキテクチャでPCM音源組み込み）
当時の市場は、ファミコンを投入してユーザーの心をつかんだ任天堂が圧倒的なシェアを持っていた。
当時の任天堂は、次世代機スーパーファミコンを投入するのが大変遅く、しかし技術的にはさほど革新的ではないアーキテクチャを採用する（65816は6502の後継と見られる）という大変に保守的な選択を行ったが、一方ではライセンシーの取り込みに成功して市場の支配力を保った。
ファミコンは最初にNESとして、
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で開発されており、日本版のファミコンはその後に開発された[1]。
第1世代（1970年代）
最初期に現れたゲーム機。最初のゲーム機と言われるオデッセイはCPUではなく、アナログ回路で電子ゲーム機能を実現していた。ゲームソフトがハードに組み込まれていて、後からソフトを買い足すことはできなかったが、スイッチで複数のゲームを切り替えることができるもの、切り替えカードを追加購入することでオプションのゲームをプレイできるものもあった。
第2世代（1970年代後半 - 1980年代前半）
Atari 2600 (VCS) は、ROMカートリッジを差し込むことで様々な種類のゲームを楽しむことができる最初の家庭用ゲーム機で、アメリカにおいて爆発的な人気を博した。また、サードパーティーのソフトを積極的に受け入れるビジネスモデルもこの時確立された。しかしアタリショックを起こしてアメリカのゲーム機市場 （※パソコンゲーム市場は含まない）を一時壊滅状態に追い込んだ。日本におけるゲーム機の本格的な普及は、次のファミコン時代以後になる。
ゲーム機能に加えてプログラミング機能をそなえたホビーパソコン寄りの機種（ぴゅう太、M5、SC-3000など）と、ゲーム機能に特化し、第1・第2世代より優れたゲーム性能を実現した機種（ファミリーコンピュータ、光速船、セガ・マークIIIなど）があり、後者が成功を収めた。特にファミリーコンピュータは家庭用ゲーム機の本格的普及（アメリカではアタリショックからの復興）を担い、RPGや対戦型格闘ゲーム、2Dアクションゲームなどの今日に繋がる
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の原型もこの時期に出来上がった。また、ファミコンのパッド型コントローラーはコンパクトだが汎用性に優れ、以後のほとんど全てのゲーム機における入力装置の基礎となった。
従来より高度なスプライト機能を搭載し、2Dグラフィックスの表現力が格段にアップ。ステレオサウンドが標準になり、サウンドによる表現も工夫された。ゲームの複雑化・高度化も進み、対応するコントローラーも多ボタン化が進んだ。他方、複雑で表現力豊かなゲームをROMカートリッジに詰め込むのには、容量不足による限界が見え始めてきた。ゲームソフトの大容量化によりコストも高騰し、9,800円以上のソフトが続出した。一部機種では、CD-ROMドライブを増設でき、また、対応タイトルは、大容量を活かしたものとなっており、後の光ディスクによるソフト供給の基礎となった。
この時期の家庭用ゲーム機の高性能化によりアーケードゲームやパソコンゲームとの性能差は縮まり、日本のパソコンゲームは家庭用ゲーム機で扱えないアダルトゲーム（いわゆるエロゲー）を除いて衰退の一途をたどった。
殆どの機種で本格的な3Dグラフィックス機能が搭載され、ゲーム内での映像表現の幅が劇的に広がった。また、ROMカセットに代わって光ディスクがコンテンツ販売パッケージの主力となった。光ディスクは読み込みに時間がかかるという難点があるものの、データ容量が大きくさらに生産性が高いので、安価にゲーム媒体を量産可能になった。これに伴い音質の向上やムービー再生による演出が広がった。振動機能やアナログスティックを備えたコントローラも登場した。ドット絵に比べてポリゴンは製作コストも安く[要出典]、中小の新しいソフトハウスも台頭した。日本における据置きゲーム機市場が最も拡大したのもこの時期である。
3Dグラフィックスの表現力が格段に上がり、インターネットとの通信や5.1chサウンドにも限定的に対応し始める。メディアはDVD、もしくはDVDの技術を応用した独自規格のディスクが主流となった。ただし映像表現的には大量のキャラクター表示以外での分かりやすいインパクトを持った進化が少なかったため、第5世代からの本質的な変化を演出することは難しかった。
大手メーカーではゲームの大作主義・シリーズ物重視がより一層進み開発費の高騰が進んだ。さらに、熱心なファンを相手にした人気ゲームの続編、壮大で複雑なストーリーを盛り込んだ作品、萌え重視の作品など、コアユーザー向けのマニアックな作品が蔓延した結果、「ゲームはマニア・オタクの趣味」としてライト層がいっそう離れていってしまった。大手メーカーやサードパーティーの統廃合も進行し、日本の据置きゲーム市場は転換期を迎えた。
この世代の覇者はPS2である。しかし、PS2自体は大成功だったが、ソフトだけを見ると「売り上げ20万本で大ヒット」と言われるなど、第5世代や第4世代よりもゲームソフトの売り上げが減少した。
なお、この世代になると近年のパソコンのグラフィックスカードのスペックと同様に、2D描画に関してはいずれのハードもほぼ進化の余地を残しておらず（PCでは事実上2D描画開発は終焉を迎えている）、機種ごとの差異も微々たるものとなった。
この頃から、テレビゲームがコンピュータゲームの主流だった日本でもパソコンゲームが普及してきた。特に家庭用ゲーム機に先行してオンラインゲームが充実したことにより、10代中盤から20代のコアゲーマーは、パソコンゲームをメインにシフトする人が多かった。（なお、欧米では古くからパソコンゲームがコンシューマ向けゲーム機に並ぶほどの市場を築いている。）
Xbox 360とプレイステーション3は、解像度がHDTV画質に対応し、3Dは奥行きと繊細さを増し、大幅にリアリティを向上させた。Wiiに関しては、フルHD画質に対応せず、描画性能は前世代並みに留まるものの、Wiiリモコンという、全く新しいインターフェイスを採用した。
また、下記の3機種いずれもネットワーク接続に標準対応し、ネットワーク対応ゲームの増加やコンテンツのネット配信も本格化している。LinuxなどのLive CDを利用して、パソコンとして利用するユーザーも出てきている。
それぞれ前世代機との互換性を有しているほか（初期型以外のPS3を除く）、いずれの機種もかつてのハードで発売されたソフトの公式エミュレータを用意している。