本機は、フルサイズセンサーで高画質を追ったEOS-1Dsシリーズと、APS-Hセンサーで高速性能を追ったEOS-1Dシリーズを統合した、EOSの新しいフラッグシップ機である。2009年発売のEOS-1D Mark IVと2007年発売のEOS-1Ds Mark IIIの両方の後継にあたり、メインターゲットはスポーツと報道の撮影現場とされた。^{3プレス キヤノンデジタル一眼レフカメラの最上位モデル“EOS-1D X”を発売}一方でAmateur Photographerのレビューは、ポートレートや風景が専門なら同時期のEOS 5D Mark IIIの方が向く場合があるとしている。後継のEOS-1D X Mark IIは2016年4月下旬に発売され、有効2,020万画素、ファインダー撮影で最高14コマ/秒に進んだ。^{4プレス デジカメWatchキヤノン、最高14コマ/秒連写の「EOS-1D X Mark II」}

撮像素子は有効1,810万画素の35mmフルサイズCMOSで、画素ピッチ6.95μmは当時のEOSで最大だった。常用ISO感度は100〜51200、拡張で204800相当までとなり、EOS-1D Mark IVの常用12800から広がった。キヤノンの説明では、本機のISO51200のノイズレベルはEOS-1D Mark IVのISO12800に相当する。^{5プレス ITmedia究極へ挑戦する「X」――キヤノン「EOS-1D X」}連写はAF/AE追従で最高約12コマ/秒となり、EOS-1D Mark IVの約10コマ/秒を上回った。AFは先代の45点から61点に増え、クロス測距点は最大41点、中央5点はF2.8対応のデュアルクロスとなった。AFの低輝度限界も-1EVから-2EVに改善している。約10万画素のRGB測光センサーで顔や色を認識してAFに情報を渡す新測光システムEOS iSA Systemと、新開発のDIGIC 5+の2基搭載も加わった。^{3プレス キヤノンデジタル一眼レフカメラの最上位モデル“EOS-1D X”を発売}

ボディではシャッター耐久が30万回から40万回に引き上げられ、Gigabit Ethernetの有線LAN端子を備えた。背面液晶はワイド3.2型の3:2で約104万ドットとなった。記録メディアはCFカードのデュアルスロットで、動画は最大1920×1080でフレーム内圧縮のALL-I方式とIPB方式を採用した。^{6プレス デジカメWatchキヤノン、12コマ/秒・ISO204800のプロ向けフルサイズ機「EOS-1D X」}発売後もファームウェアで機能が加えられ、2012年10月にはエクステンダー装着で開放F8となるレンズでも中央測距点でAFができるようになり、2014年1月には低輝度下の1枚目のAF追従性の改善などが行われた。^{7プレス ITmediaF8測距対応など、「EOS-1D X」最新ファームウェア提供開始}

ライバルのニコンD4は、有効1,620万画素、AF/AE追従で約10コマ/秒、常用ISO100〜12800という仕様だった。^{8プレス デジカメWatchニコン、AFやAEを一新したフラッグシップ機「D4」}ePHOTOzineのレビューは、本機の連写をD4より速いフルサイズ一眼レフ最速と評し、高感度性能もこれまでのフルサイズ一眼レフの中でベストと位置付けた。Amateur Photographerも、キヤノンが拡張ISO204800でニコンの最高感度に並んだと見ている。^{9レビュー Amateur PhotographerCanon EOS 1D X review}

一方、ダイナミックレンジではD4が上回るとの指摘がある。Amateur PhotographerはD4の約13EVに対し本機は12EV程度と見込み、DXOMARKのセンサーレビューもダイナミックレンジと色再現ではD4に劣るとした。^{9レビュー Amateur PhotographerCanon EOS 1D X review}そのうえでDXOMARKは、本機を「前後のモデルの間を取った成功した折衷案」と結論し、既存のキヤノンレンズに投資している専門家が他社製品に乗り換えるとは考えにくいとも評している。^{10レビュー DXOMARKCanon EOS-1 DX: The best of Canon's full-frame sensors}

キヤノンの開発陣はデジカメWatchのインタビューで、10年前のEOS-1D発表時から35mmフルサイズと連写性能の両立が悲願だったが、技術的な壁のために1Dと1Dsの2ラインで提供してきたと語った。画素数を1,810万に抑えたのは、スポーツと報道向けとしてEOS-1D Mark IVの10コマ/秒を超える12コマ/秒を優先し、コマ速と画素数のバランスを取ったためである。12コマ/秒のAF追従には、メカ、電気、ソフト、レンズの全技術を投入したという。ミラーユニットはクアッドアクティブミラーストッパーで安定させ、従来の湾曲ミラーから平面ミラーに変えた。ローパスフィルターを外さなかったのは、幅広いプロ層を狙うモデルとしてデメリットが大きいと判断したためである。^{11インタビュー デジカメWatchインタビュー：キヤノンに聞く「EOS-1D X」のハイエンド戦略 ～10年越しに実現。1Dと1Dsの2ライン統合}

報道の現場を意識した判断も多い。拡張ISO204800は事件や事故の極端に暗い場所でも撮れることを重視して用意したが、最も力を注いだのは実際に使われる感度域での2段分の改善だった。有線LAN端子は国際イベント会場で無線LANより確実性を求める報道関係者の要望を反映したもので、GPSと無線LANを内蔵しなかったのは国ごとの電波規制に対応するためだった。^{11インタビュー デジカメWatchインタビュー：キヤノンに聞く「EOS-1D X」のハイエンド戦略 ～10年越しに実現。1Dと1Dsの2ライン統合}キヤノンUSAの技術顧問Chuck Westfall氏も、DPReviewの取材で注目すべき改良点にセンサーを挙げ、ノイズレベルは「これまで見てきた中で最高」と語っている。^{12プレス DPReviewCanon EOS-1D X overview}

価格.comのレビューでは満足度が5点満点の4.82とカテゴリ平均を上回り、AFと高速連写、実用的な高感度性能、スポーツや野生動物撮影への適性が評価されている。不満は本体の重さと携帯性、バッテリー消費などに集まる。^{13レビュー 価格.comCANON EOS-1D X ボディ レビュー評価・評判}価格.comの掲示板では、2017年11月のファームウェア公開に対し、発売から5年経った機種へのサポート継続を歓迎する投稿が多かった。2012年から2016年までスポーツカメラマンとして本機を使ったデジカメWatch編集部の佐藤拓氏は、適度に抑えられた画素数のおかげでフルサイズ化によるデータ肥大の不安が解消したと評価しており、連写を優先して画素数を抑えた開発側の判断を現場の側から裏付けている。^{14レビュー デジカメWatch【忘れられない1台～私の愛したデジタルカメラ～】キヤノン EOS-1D X（佐藤拓）}

海外の専門媒体では、Amateur Photographerが2012年6月のレビューで5点満点の5点を付け、テストしたキヤノンのデジタル一眼レフで最良と評した。同誌は弱点として、EOS 5D Mark IIIより低い解像度、Wi-Fi非内蔵、動画専用派生機のEOS-1D Cに比べ限定的な動画機能を挙げている。^{9レビュー Amateur PhotographerCanon EOS 1D X review}ePHOTOzineの計測では、バッテリーの撮影枚数はCIPA規格の1,120枚に対し実測1,613枚だった。^{15レビュー デジカメinfoキヤノンEOS-1D X はフルサイズ一眼レフの中でベストの高感度性能}