任天堂64（Nintendo 64，简称N64），是日本任天堂公司开发的家用电视游戏机。于1996年6月23日在日本面世，而北美洲于1996年9月29日、欧洲和澳洲于1997年3月1日、法国于1997年公开发售。最大的创新之处在于首次在手柄上加入了类比摇杆和震动功能。任天堂64上诞生了塞尔达传说 时之笛和超级马里奥64等大作。任天堂64销量为3293万台。下一代产品为任天堂GameCube。另外任天堂当年为中国大陆市场，进行主机及游戏中文化曾推出神游机（iQue Player）作为特制版主机。
首次公布N64是在1995年11月24日，于日本的第七届Shoshinkai Software展览会。而有关相片则由Game Zero杂志经由互联网发布，而官方报导则于数星期后于初期的Nintendo Power网站，及于第85期任天堂杂志公布。
开放过程中的N64被命名代号为Project Reality。这个名称是来自任天堂能够生产出与超级电脑同等的计算机图形界面。公开后将名称改为任天堂超级64 (Nintendo Ultra 64)，64指的是其所装置的64位处理器。但于1996年2月1日，即5个月后，任天堂将该名称删掉了"Ultra"。
顾名思义，它使用的是64位RISC（精简指令集架构）的处理器。值得注意的是，N64问世的时候光盘已经相当普及，但任天堂公司依然使用卡带作为游戏的储存媒体。
于首次发表N64后，Rareware(英国)及Midway(美国) 两间公司主张使用任天堂64的硬件来制作动作游戏：Killer Instinct 及 Cruis'n USA，但事实上，最后推出的游戏并没有使用N64的硬件，它们只使用了硬盘及TMS处理器。Killer Instinct是当时最先进的游戏，它的特色在于事先演算了在硬盘中储存的背景动画。
任天堂以创新的手法来招徕顾客，但在这之前，许多的创意性的手法其实已被使用过：第一个64位的家用主机其实是Atari Jaguar (虽然这向来有所争议，Jaguar只是拥有两个32位的中央处理器)；第一个采用类比摇捍的是Vectrex；第一个使用四个手把插孔的主机是Bally Astrocade。但无论如何，任天堂64是第一个运用这些手法而受到热烈欢迎的主机。
任天堂64的系统设计是由Silicon Graphics所负责，SGI的特色在于他们的注册商标---虚拟三十二位元颜色系统 (dithered virtual 32-bit color graphics)。早期的N64开发系统装备了SGI的Indy。
N64是第一个支持mipmapping和anti-aliasing绘图技术的家用主机，但N64在图像表现上有所缺陷，因为它缺乏足够的影像内存去储存立体图形上的贴图(N64只采用卡带和扩张RAM)，这使游戏设计者只能使用一些像素低的材质再加上以双线性过滤来做出比较多的模糊效果来补偿这个不足。
任天堂64是一个使用卡带来储存游戏的电视游戏机。任天堂之所以选择卡带，有以下优点：
卡带的读取速度比起光盘快上许多。“读取中……”的画面在许多使用光盘的电视游戏机，如：PlayStation、Sega Saturn上看到，而大部分的N64游戏则很少需要读取的时间。
卡带不易复制且复制的成本也很高，如此一来就能够抵抗盗版问题（尽管任天堂所获得的利润会比较低）。但后来还是有人制造了一些未经任天堂认可的只读光盘器，它们看起来和PlayStation上的一般光盘装置有异，但还是可以为任天堂64读取光盘上的游戏。
拥有在卡带上搭载特殊芯片的可能性，这个方法在一些SNES上的游戏可以看到。
大多数的卡带可以自行储存特有的资料及游戏流程，从而玩家不必购买昂贵的记忆卡。但储存资料需要卡带中使用电池，其电力通常可维持一整年。
任天堂选择了卡带作为N64游戏的载体。任天堂原本在1988年与Sony签署了合约，要开发SNES的外接光盘装置。但因为Sony坚持他们想接收所有以光盘推出的游戏收益做为回报，以及除了外接光盘装置外，Sony可以发行SNES与光盘装置的整合机种（the PlayStation），使得任天堂后来背弃了合约（任天堂稍后与荷兰的Philips合作发展SNES的光盘装置，但这个合作计划后来也没有任何下文。)。而Sony为了抗议任天堂，后来在他们的32位主机上保留了这个名字。任天堂也为此控告Sony，虽然后来这个纷争已经平息。
任天堂的卡带系统的收益已经很难区分。当 N64 游戏通常需要更多的多边形描绘时，有限的 ROM 卡带容量限制了可用纹理的数量，导致游戏只有平庸的影像效果。之后如生化危机2需要更多的储存容量的游戏，当媒体容量允许时，可显示出 N64 更好的图形效果，但这种性能在游戏战争中来得晚并且高价。
同时，任天堂的竞争对手（Sony的PlayStation和Sega的Saturn）所发行的主机是使用光盘来做为游戏的载体。由于光盘的制造和流通成本较为便宜，将使得第三厂商的花费较少，这使过去原本支持任天堂游戏主机的游戏开发商转而加入任天堂的竞争对手阵营里，以获得较高的利润。而最后，卡带与光盘这两种储存媒体的争论在最终幻想VII的发行平台选择上达到最高点，尽管最终幻想的前六个作品都在任天堂的游戏主机上发行，这个系列作的发行公司Squaresoft选择了在Sony PlayStation上发行最终幻想VII，这起事件可以说是对任天堂的卡带式系统发出了个高度的公开谴责，也损害了任天堂的声誉。
N64制作卡带的成本也远高于CD：一本游戏杂志在此时提到了一个卡带平均要花费的成本是美金25元，CD则只有美金10元。也因为如此，N64的游戏售价比PlayStation的游戏还高，大部分的PlayStation游戏很少超过美金50元，但N64的游戏售价却在美金70-75元之间。
尽管有着上述的问题，N64仍然发行了许多受欢迎的游戏，主机的生命周期也相当长，N64在这次的游戏主机战争中也取得了第二名的位置（市场占有率40%），另外，第一名则是PlaySation（市场占有率51%），这都是归功于任天堂自主开发的游戏，有如超级马里奥和塞尔达传说系列这一些只在任天堂主机上开发的游戏。而007 黄金眼、生化危机2、Shadow Man、毁灭战士64 及 雷神之锤II这一类游戏亦为任天堂64带来一些成年的玩家。
在2001年，任天堂64的下一代主机被以光盘为载体的Nintendo GameCube所替代，不过这个主机并不使用主流的CD/DVD技术(选择基于 DVD 但不兼容GameCube 光盘)，Nintendo Wii是任天堂第一部使用标准储存媒体的游戏主机。