中央处理器是计算机的主要设备之一，功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。1970年代以前，中央处理器由多个独立单元构成，后来发展出由集成电路制造的中央处理器，这些高度收缩的器件就是所谓的微处理器，其中分出的中央处理器最为复杂的电路可以做成单一微小功能强大的单元，也就是所谓的核心。

中央处理器广义上指一系列可以执行复杂的计算机程序的逻辑机器。这个空泛的定义很容易地将在“CPU”这个名称被普遍使用之前的早期计算机也包括在内。无论如何，至少从1960年代早期开始，这个名称及其缩写已开始在电子计算机产业中得到广泛应用。尽管与早期相比，“中央处理器”在物理形态、设计制造和具体任务的执行上有了极大的发展，但是其基本的操作原理一直没有改变。

早期的中央处理器通常是为大型及特定应用的计算机而定制。但是，这种昂贵的为特定应用定制CPU的方法很大程度上已经让位于开发便宜、标准化、适用于一个或多个目的的处理器类。这个标准化趋势始于由单个晶体管组成的大型机和微机年代，随着集成电路的出现而加速。IC使得更为复杂的中央处理器可以在很小的空间中设计和制造（在微米的数量级）。中央处理器的标准化和小型化都使这一类电子零件在现代生活中的普及程度越来越高。现代处理器出现在包括从汽车、手机到儿童玩具在内的各种物品中。

一块装在主板上的intel core i7 CPU

EDVAC，第一台电子储存式可编程计算机。

在现今的CPU出现之前，如同ENIAC之类的计算机在执行不同程序时，必须经过一番线路调整才能启动。由于它们的线路必须被重设才能执行不同的程序，这些机器通常称为“固定程序计算机”（fixed-program computer）。而由于CPU这个词指称为执行软件（计算机程序）的设备，那些最早与储存程序型计算机一同登场的设备也可以被称为CPU。

储存程序型计算机的主意早已体现在ENIAC的设计上，但最终还是被省略以期早日完成。在1945年6月30日，ENIAC完成之前，著名数学家冯・诺伊曼发表名为《关于EDVAC的报告草案》的论文。它揭述储存程序型计算机的计划最终将在1949年8月完成。EDVAC的目标是执行一定数量与种类的指令（或操作），这些指令结合产生出可以让EDVAC执行的有用程序。特别的是，为EDVAC而写的程序是储存在高速计算机内存中，而非由实体线路组合而成。这项设计克服了ENIAC的某些局限――即花费大量时间与精力重设线路以执行新程序。在冯・诺伊曼的设计下，EDVAC可以借由改变内存储存的内容，简单更换它执行的程序（软件）。

值得注意的是，尽管冯・诺伊曼由于设计了EDVAC，使得他在发展储存程序型计算机上的贡献最为显著，但其他早于他的研究员如康拉德・楚泽也提出过类似的想法。另外早于EDVAC完成，利用哈佛架构制造的马克一号，也利用打孔带而非电子内存用作储存程序的概念。冯・诺伊曼架构与哈佛架构最主要的不同在于后者将CPU指令与资料分开存放与处置，而前者使用相同的内存位置。大多近代的CPU依照冯・诺伊曼架构设计，但哈佛架构一样常见。

身为数位设备，所有CPU处理不连续状态，因此需要一些转换与区分这些状态的基础器件。在市场接受晶体管前，继电器与真空管常用在这些用途上。虽然这些材料速度上远优于纯粹的机械构造，但是它们有许多不可靠的地方。例如以继电器建造直流时序逻辑回路需要额外的硬件以应付接触点跳动问题。而真空管不会有接触点跳动问题，但它们必须在启用前预热，也必须同时停止运作。

通常当一根真空管坏了，CPU必须找出损坏器件以置换新管。因此早期的电子真空管式计算机快于电子继电器式计算机，但维修不便。类似EDVAC的真空管计算机每隔八小时便会损坏一次，而较慢较早期的马克一号却不太发生故障。但在最后，由于速度优势，真空管计算机主宰了当时的计算机世界，尽管它们需要较多的维护照顾。大多早期的同步CPU，其时钟频率低于近代的微电子设计。那时常见的时钟频率为10万赫兹到4百万赫兹，大大受限于内建切换设备的速度。

CPU,磁芯内存及MSI PDP-8／I 总线界面。

由于许多科技厂家投入更小更可靠的电子设备，使得设计CPU变得越来越复杂。晶体管的面世即是CPU第一个质的飞跃。1950到60年代的晶体管CPU不再以体积庞大、不可靠与易碎的开关器件（例如继电器与真空管）建造。借由这项改良，更加复杂与可靠的CPU便被建造在一个或多个包含分立（离散）器件的印刷电路板上，从而向体积小、可靠与不易损坏方向发展。

在此时期，将许多晶体管放置在拥挤空间中的方法大为普及。集成电路（IC）将大量的晶体管集中在一小块半导体片，或芯片（chip）上。刚开始只有非常基本、非特定用途的数字电路小型化到IC上（例如NOR逻辑闸）。以这些预装式IC为基础的CPU称为小规模集成电路（SSI）设备。SSI IC，例如设备在阿波罗导航计算机上的那些计算机，通常包含数十个晶体管。以SSI IC建构整个CPU需要数千个独立的芯片，但与之前的分立晶体管设计相比，依然省下很多空间与电力。肇因于微电子科技的进步，在IC上的晶体管数量越来越大，因此减少了建构一个完整CPU需要的独立IC数量。“中规模集成电路”（MSI）与“大规模集成电路”（LSI）将内含的晶体管数量增加到成百上千。

1964年IBM推出了System/360计算机架构，此架构让一系列速度与性能不同的IBM计算机可以运行相同的程序。此确实为一项创举，因为当时的计算机大多互不兼容，甚至同一家厂商制造的也是如此。为了实践此项创举，IBM提出了微程序概念，此概念依然广泛使用在现代CPU上。System/360架构由于太过成功，因此主宰了大型计算机数十年之久，并留下一系列使用相似架构，名为IBM zSeries的现代主机产品。同一年（1964），迪吉多（DEC）推出另一个深具影响力且瞄准科学与研究市场的计算机，名为PDP-8。DEC稍后推出非常有名的PDP-11，此产品原先计划以SSI IC构组，但在LSI技术成熟后改为LSI IC。与之前SSI和MSI的祖先相比，PDP-11的第一个LSI产品包含了一个只用了4个LSI IC的CPU。

晶体管计算机有许多前一代产品没有的优点。除了可靠度与低耗电量之外，由于晶体管的状态转换时间比继电器和真空管短得多，CPU也就拥有更快的速度。得益于可靠度的提升和晶体管转换器切换时间的缩短，CPU的时钟频率在此时期达到十几百万赫兹。另外，由于分立晶体管与IC CPU的使用量大增，新的高性能设计，例如SIMD（单指令多数据）、向量处理机开始出现。这些早期的实验性设计，刺激了之后超级计算机（例如克雷公司）的崛起。

CPU的性能和速度取决于时钟频率（一般以赫兹或十亿赫兹计算，即hz与Ghz）和每周期可处理的指令（IPC），两者合并起来就是每秒可处理的指令（IPS）。IPS值代表了CPU在几种人工指令序列下“高峰期”的执行率，指示和应用。而现实中CPU组成的混合指令和应用，可能需要比IPS值显示的，用更长的时间来完成。而内存层次结构的性能也大大影响中央处理器的性能。通常工程师便用各种已标准化的测试去测试CPU的性能，已标准化的测试通常被称为“基准”。如SPECint，此软仵试图模拟现实中的环境。测量各常用的应用程序，试图得出现实中CPU的绩效。

提高电脑的处理性能，亦使用多核心处理器。原理基本上是一个集成电路插入两个以上的个别处理器（意义上称为核心）。在理想的情况下，双核心处理器性能将是宏内核处理器的两倍。然而，在现实中，因不完善的软件算法，多核心处理器性能增益远远低于理论，增益只有50％左右。但增加核心数量的处理器，依然可增加一台计算机可以处理的工作量。这意味着该处理器可以处理大量的不同步的指令和事件，可分担第一核心不堪重负的工作。有时，第二核心将和相邻核心同时处理相同的任务，以防止崩溃。

中央处理器大规模应用在个人电脑上，现今电脑可进入家庭。全因集成电路的发展，令PC在大小、性能以及价位等多个方面均有长足的进步。现今中央处理器价钱平宜，用户可自行组装个人电脑。主板等主要电脑器件，均配合中央处理器设计。不同类型的中央处理器安装到主板上不同类型的CPU插槽中（如英特尔的LGA 1700、超微半导体的Socket AM5），令中央处理器变得更省电，温度更低。大多数IBM PC兼容机（Pentium以后被称为“标准PC”（Standard PC））使用x86架构的处理器，他们主要由英特尔和超微半导体两家公司生产，此外威盛电子也有参与中央处理器的生产。但与IBM PC兼容机不同，在2006年之前苹果电脑所使用的处理器一直是IBM PowerPC RISC，之后的苹果电脑转而采用英特尔的处理器，以及EFI固件。可见中央处理器在现代电脑的重要地位。