Sucesora de la popular Game Boy Color, es capaz de ejecutar casi todo el software escrito para la Game Boy Original y la Game Boy Color, así como nuevos programas desarrollados teniendo en cuenta las mayores capacidades del sistema. Al igual que prácticamente cualquier consola 2D, tiene soporte por hardware para dibujar la pantalla, aunque las capacidades de la GameBoy Advance resultaron sorprendentes en su presentación: hasta 128 sprites simultáneos y hasta cuatro planos de scroll, que pueden ser escalados, rotados y mezclados sin consumir tiempo de la CPU principal.
Cuenta con un procesador ARM propio de 32 bits a 16,7 MHz, basado en la arquitectura RISC, con una potencia suficiente para permitir el desarrollo de juegos utilizando el lenguaje de programación C. El microprocesador ARM es capaz de ejecutar tanto un juego de instrucciones con un tamaño de instrucción de 32 bits, como un juego de instrucciones llamado "Thumb" de un tamaño de 16 bit (pero igualmente, de 32 bits). El sistema, además, lleva un procesador Z80 a 4 MHz para dar soporte al software de Game Boy clásica y color, pero sus dos procesadores no pueden estar funcionando a la vez debido a diferencias de voltaje y utilización del bus.
La pantalla LCD es capaz de mostrar una retícula de 240x160 píxeles en color de 15 bits (32768 colores). Esta pantalla incluye más píxeles que la original Game Boy (160x144). Cuando se ejecutan juegos anteriores, el usuario puedo pulsar el botón L ó el R para conmutar la pantalla entre mostrar 160x144 con un borde negro o bien escalar a 240x144. Los primeros juegos exhiben paletas de color muy oscuras porque la pantalla en el kit de desarrollo era mucho más luminosa que la de las unidades comercializadas. Los títulos más recientes usan una corrección gamma en sus paletas.
El generador de imágenes de la GBA tiene seis modos de visualización (tres basados en bloques y tres basados en mapas de bit) y 96 KB de RAM dedicada. En los modos de visualización basados en bloques, el sistema puede gestionar cuatro capas pixel-a-pixel, dos capas pixel-a-pixel y una capa afín, o bien dos capas afines, y usa 64 KB de RAM para los datos de celdas y mapas y 32 KB para los datos de los 'sprites'. En los modos de mapa de bit, puede mostrar un mapa de bit grande de 16 bits, dos mapas de bits de 8 bit (en modo paginado) o bien un mapa de bit de 16 bit pequeño (con paginación), usando 80 KB de RAM para los datos de mapa y 16 KB para los datos de 'sprite'. En todos los modos, puede mostrar hastra 128 'sprites' (pequeños objetos móviles individuales) de 8x8 hasta 64x64 pixels en color indexado de 4 u 8 bits. Cada 'sprite' puede ser dibujado mediante mapeado directo a píxel o bien por mapeado afín.
La interfaz de la GBA con el cartucho ROM incluye únicamente un bus de dirección de 24 bits multiplexado con un bus de datos de 16 bits. (La consola Intellivision de Mattel ya había usado anteriormente un bus multiplexado). Esta configuración limita la memoria direccionable directamente a 16 megapalabras binarias (es decir, 256 megabits o 32 megabytes). Sin embargo, si el cartucho dispone de hardware de conmutación de bancos puede expandir esta cantidad mediante el control por software de las líneas superiores de direccionamiento, conmutando otras partes de la ROM en el espacio de direccionamiento de la GBA.
La GBA también tiene un puerto serie para conectarse con otras unidades GBA en una configuración similar a la red token ring sobre una topología física de bus. La GBA también puede recibir 256 KB en código de arranque a través del puerto, incluso cuando no tiene un cartucho conectado (lo que se conoce como multiboot o netboot). Esto se utiliza en las conexiones multijugador, donde varias GBA pueden funcionar con un único cartucho: la GBA que tiene el cartucho envía el código inicial a las que no lo tienen. El puerto serie puede (con el cable adecuado) conectarse a un puerto serie RS-232 para ayudar en la depuración e, hipotéticamente, jugar a través de Internet, si bien aún no se ha implementado una pila TCP/IP en la GBA.
