Il design del gioco basato sull'Atari 400 ha fatto sì che Atari Inc. potesse costruire e vendere rapidamente.
Mentre veniva progettato, l'Atari 5200 si chiamava "Atari Video System X - Advanced Video Computer System". Atari protesse il design con un nome in codice, "Pam", dal nome di un'impiegata della Atari. Una voce diceva che "Pam" o "PAM" in realtà stava per "Personal Arcade Machine". Questo perché la maggior parte dei giochi per il sistema erano basati su giochi arcade esistenti. Esistono macchine Atari Video System X realmente funzionanti, il cui hardware è identico al 100% a quello dell'Atari 5200, ma sono estremamente rare.
La prima versione del 1982 aveva quattro porte per il controller, mentre quasi tutti gli altri sistemi dell'epoca ne avevano solo due. Il 5200 aveva anche un nuovo controller molto speciale con un joystick analogico, un tastierino numerico, due pulsanti di fuoco su entrambi i lati del controller e tasti funzione di gioco per Start, Pause e Reset. Un'altra cosa speciale era la prima scatola di commutazione TV automatica. I vecchi sistemi di gioco che si attaccavano ai cavi dell'antenna di un televisore richiedevano all'utente di far scorrere a mano un interruttore sull'adattatore. Questa scatola RF era anche dove l'alimentazione del gioco si collegava in un'unica configurazione a doppia alimentazione/segnale televisivo simile a quella dell'RCA Studio II. Un singolo cavo che usciva dal 5200 si collegava alla scatola dell'interruttore ed era usato sia per l'elettricità che per il segnale televisivo.
La versione 1983 dell'Atari 5200 ha due porte per il controller invece di quattro. Atari cambiò di nuovo con un più semplice alimentatore separato e un interruttore RF manuale. Aveva anche cambiamenti nella porta della cartuccia per permettere l'adattatore Atari 2600 rilasciato quell'anno. Mentre l'adattatore fu fatto per funzionare solo sulla versione a due porte, le modifiche possono essere fatte alla versione a quattro porte per renderla compatibile. Infatti, verso la fine della produzione del modello a quattro porte, ci fu un numero limitato di console prodotte che includevano queste modifiche. Queste console possono essere identificate da un asterisco nel loro numero di serie.