D2Xは名目上D1Xの後継機だが、実際には2003年発売のD2Hと外観や仕様の多くを共有する姉妹機の関係にある。^{3レビュー デジカメWatch(Impress)ニコンD2X～高画素で独創的なプロ用デジタル一眼レフ}D2Hが機動性と速写性を重視したのに対し、D2Xは高画質と高解像度を重視した製品と位置付けられた。それでも「クロップ高速機能」を備えることで、それまでD2Hが担ってきたスポーツや報道の撮影者も対象に含めている。^{4プレス デジカメWatch(Impress)ニコン、プロ向けデジタル一眼レフ「D2X」の詳細を公開}

当時のニコンは、デジタル一眼レフをプロ向けハイエンド、アマチュア向け、エントリー向けの三つの層で構成する方針を取っていた。映像カンパニーの後藤哲朗ゼネラルマネージャーは、このうちハイエンド層をD2XとD2Hsが担うと説明している。^{5インタビュー デジカメWatch(Impress)【PMA 2005】D100後継は、D2Xの下克上に～ニコン 後藤哲朗ゼネラルマネージャーインタビュー}

撮像素子は、D1Xの約547万画素CCDから、ソニー製の有効1,240万画素CMOSイメージセンサーに刷新された。ニコンがCMOSセンサーを採用したのはこれが初めてで、姉妹機D2Hが搭載するニコン独自開発のLBCAST(有効410万画素)と比べても大幅な高画素化である。常用感度はD2HのISO200〜1600相当に対してISO100〜800相当となり、拡張設定ではISO1600と3200にも対応する。測光も、背景が暗い画像の白とびを抑える「3D-RGBマルチパターン測光II」に進化した。^{1プレス PC Watch(Impress)ニコン、1,240万画素のプロ向けデジタル一眼レフ「D2X」}

連写は通常時が秒5コマで、D2Hの秒8コマには及ばない。これを補うのが新たに搭載した「クロップ高速機能」で、撮像素子の中央部分だけを切り出して記録することにより、連写を秒8コマまで高められる。切り出し時の画素数は、ニコンの発表に基づく記事では約680万画素とされるが、実機レビューには約630万画素とする記載もあり、資料によって異なる。このほか、最大10コマの多重露出や、RAW画像をカメラ内で合成する機能も加わった。^{4プレス デジカメWatch(Impress)ニコン、プロ向けデジタル一眼レフ「D2X」の詳細を公開}電池の残量に加えて劣化具合を液晶モニターに表示する機能も、D2Hから受け継いでいる。^{3レビュー デジカメWatch(Impress)ニコンD2X～高画素で独創的なプロ用デジタル一眼レフ}

レビューでは、キヤノンのEOS-1Ds Mark IIが直接のライバル機として挙げられた。^{3レビュー デジカメWatch(Impress)ニコンD2X～高画素で独創的なプロ用デジタル一眼レフ}ニコン自身は発表時、センサーのノイズ性能について、ISO400以下ならキヤノンEOS-1D Mark IIを上回り、ISO800で同等になると説明している。^{4プレス デジカメWatch(Impress)ニコン、プロ向けデジタル一眼レフ「D2X」の詳細を公開}

ニコンは、CCDと違って画素の並び順に縛られずにデータを読み出せる点を、CMOSセンサーを採用した理由に挙げている。この特性を生かして、G用の2チャンネルとR・B用の各1チャンネルの計4チャンネルを独立して読み出す仕組みや、センサー中央部だけを高速に読み出すクロップ高速機能を実現した。新開発の画像処理エンジンは、モアレと偽色の抑制や、階調を保つための16bit演算を担い、メモリにDDR-SDRAMを採用して高速化を図った。色空間ではsYCCに初めて対応し、JPEGの圧縮率を高めずに保存できる「画質優先モード」もニコンとして初めて搭載している。^{4プレス デジカメWatch(Impress)ニコン、プロ向けデジタル一眼レフ「D2X」の詳細を公開}

周辺機器との連携でも新しい規格を取り入れた。オプションのワイヤレストランスミッター「WT-2」は、無線LANをIEEE802.11bからIEEE802.11b/gに強化し、転送プロトコルをFTPから「PTP/IP」に切り替えた。D2Xは、PTP/IPへの対応を正式に発表した初めての製品となった。GPS規格のNMEA0183 Ver.2.01にも準拠し、GPS変換コード「MC-35」経由でつないだGPS機器から、撮影時の緯度・経度・標高を記録できる。^{1プレス PC Watch(Impress)ニコン、1,240万画素のプロ向けデジタル一眼レフ「D2X」}ボディのグリップの一部は、イタリアの工業デザイナー、ジョルジェット・ジウジアーロが手がけた。^{3レビュー デジカメWatch(Impress)ニコンD2X～高画素で独創的なプロ用デジタル一眼レフ}

価格.comのレビューは77件で、満足度の平均は4.83、星5の評価が75%を占める。短所として複数の利用者が挙げるのは高感度性能の弱さで、常用感度の上限がISO800にとどまる点が指摘されている。一方で、低感度域の描写力は現行機種と比べても遜色ないとする評価も複数ある。^{6レビュー 価格.comニコン D2X ボディ 価格比較}