各类平台上作业系统的功能演化
主条目：操作系统历史
综观电脑之历史，作业系统与电脑硬体的发展息息相关。作业系统之本意原为提供简单的工作排序能力，后为辅助更新更复杂的硬体设施而渐渐演化。从最早的批次模式开始，分时机制也随之出现，在多处理器时代来临时，作业系统也随之添加多处理器协调功能，甚至是分散式系统的协调功能。其他方面的演变也类似于此。另一方面，在个人电脑上，个人电脑之作业系统因袭大型电脑的成长之路，在硬体越来越复杂、强大时，也逐步实践以往衹有大型电脑才有的功能。
总而言之，作业系统的历史就是一部解决电脑系统需求与问题的历史。
1980年代前
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IBM System/360，大型主机的经典之作
第一部电脑并没有作业系统。这是由于早期电脑的建立方式（如同建造机械算盘）与效能不足以执行如此程式。但在1947年发明了电晶体，以及莫里斯·威尔克斯发明的微程序方法，使得电脑不再是机械装置，而是电子产品。系统管理工具以及简化硬体操作流程的程式很快就出现了，且成为作业系统的起源。到了1960年代早期，商用电脑制造商制造了批次处理系统，此系统可将工作的建置、排程以及执行序列化。此时，厂商为每一台不同型号的电脑创造不同的作业系统，因此为某电脑而写的程式无法移植到其他电脑上执行，即使是同型号的电脑也不行。
到了1964年，IBM System/360推出了一系列用途与价位都不同的大型电脑，而它们都共用代号为OS/360的作业系统（而非每种产品都用量身订做的作业系统）。让单一作业系统适用于整个系列的产品是System/360成功的关键，且实际上IBM目前的大型系统便是此系统的后裔，为System/360所写的应用程式依然可以在现代的IBM机器上执行。
OS/360也包含另一个优点：永久贮存装置—硬盘的面世（IBM称为DASD）。另一个关键是分时概念的建立：将大型电脑珍贵的时间资源适当分配到所有使用者身上。分时也让使用者有独占整部机器的感觉；而Multics的分时系统是此时众多新作业系统中实践此观念最成功的。
1963年，奇异公司与贝尔实验室合作以PL/I语言建立的Multics[3]，是激发1970年代众多作业系统建立的灵感来源，尤其是由AT&T贝尔实验室的丹尼斯·里奇与肯·汤普逊所建立的Unix系统，为了实践平台移植能力，此作业系统在1973年由C语言重写；另一个广为市场采用的小型电脑作业系统是VMS。
1980年代
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第一代微型计算机并不像大型电脑或小型电脑，没有装设作业系统的需求或能力；它们只需要最基本的作业系统，通常这种作业系统都是从ROM读取的，此种程式被称为监视程式（Monitor）。1980年代，家用电脑开始普及。通常此时的电脑拥有8-bit处理器加上64KB记忆体、萤幕、键盘以及低音质喇叭。而80年代早期最著名的套装电脑为使用微处理器6510（6502晶片特别版）的Commodore C64。此电脑没有作业系统，而是以一8KB唯读记忆体BIOS初始化彩色萤幕、键盘以及软碟机和印表机。它可用8KB唯读记忆体BASIC语言来直接操作BIOS，并依此撰写程式，大部分是游戏。此BASIC语言的直译器勉强可算是此电脑的作业系统，当然就没有核心或软硬体保护机制了。此电脑上的游戏大多跳过BIOS层次，直接控制硬体。
家用电脑C64的抽象架构
简单应用程式
机器语言（游戏直接操作）
8k BASIC ROM
8k ROM-BIOS
硬体（中央处理器、储存装置等）
早期最著名的磁碟启动型作业系统是CP/M，它支援许多早期的微电脑。最早期的IBM PC其架构类似C64。当然它们也使用了BIOS以初始化与抽象化硬体的操作，甚至也附了一个BASIC直译器！但是它的BASIC优于其他公司产品的原因在于他有可携性，并且相容于任何符合IBM PC架构的机器上。这样的PC可利用Intel-8088处理器（16-bit暂存器）定址，并最多可有1MB的记忆体，然而最初只有640KB。软式磁碟机取代了过去的磁带机，成为新一代的储存装置，并可在它512KB的空间上读写。为了支援更进一步的档案读写概念，磁碟作业系统（Disk Operating System，DOS）因而诞生。此作业系统可以合并任意数量的磁区，因此可以在一张磁碟片上放置任意数量与大小的档案。档案之间以档名区别。IBM并没有很在意其上的DOS，因此以向外部公司购买的方式取得作业系统。1980年微软公司取得了与IBM的合约，并且收购了一家公司出产的作业系统，在将之修改后以MS-DOS的名义出品，此作业系统可以直接让程式操作BIOS与档案系统。到了Intel-80286处理器的时代，才开始实作基本的储存装置保护措施。其后，MS-DOS成为了IBM PC上面最常用的作业系统（IBM自己也有推出DOS，称为IBM-DOS或PC-DOS）。MS-DOS的成功使得微软成为地球上最赚钱的公司之一。
MS-DOS在个人电脑上的抽象架构
普通应用程式（Shell script、文字编辑器）
MS-DOS（档案系统）
BIOS（驱动程式）
硬体（中央处理器、储存装置等）
而1980年代另一个崛起的作业系统异数是Mac OS，此作业系统紧紧与麦金塔电脑捆绑在一起。此时一位施乐帕罗奥多研究中心的员工Dominik Hagen拜访了苹果电脑的史蒂夫·乔布斯，并且向他展示了此时全录发展的图形化使用者介面。苹果电脑惊为天人，并打算向全录购买此技术，但因帕罗奥多研究中心并非商业单位而是研究单位，因此全录回绝了这项买卖。在此之后苹果一致认为个人电脑的未来必定属于图形使用者介面，因此也开始发展自己的图形化作业系统。
1990年代
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Apple I电脑，苹果电脑的第一代产品
延续1980年代的竞争，1990年代出现了许多影响未来个人电脑市场深厚的作业系统。由于图形化使用者介面日趋繁复，作业系统的能力也越来越复杂与巨大，因此强韧且具有弹性的作业系统就成了迫切的需求。此年代是许多套装类的个人电脑作业系统互相竞争的时代。
上一年代于市场崛起的苹果电脑，由于旧系统的设计不良，使得其后继发展不力，苹果电脑决定重新设计作业系统。经过许多失败的专案后，苹果于1997年释出新作业系统——Mac OS X的测试版，而后推出的正式版取得了巨大的成功。让原先失意离开苹果的史蒂夫·乔布斯风光再现。
除了商业主流的作业系统外，从1980年代起在开放源代码的世界中，BSD系统也发展了非常久的一段时间，但在1990年代由于与AT&T的法律争端，使得远在芬兰赫尔辛基大学的另一股开源作业系统——Linux兴起。Linux核心是一个标准POSIX核心，其血缘可算是Unix家族的一支。Linux与BSD家族都搭配GNU计画所发展的应用程式，但是由于使用的许可证以及历史因素的作弄下，Linux取得了相当可观的开源作业系统市占率，而BSD则小得多。相较于MS-DOS的架构，Linux除了拥有傲人的可移植性（相较于Linux，MS-DOS衹能运行在Intel CPU上），它也是一个分时多行程核心，以及良好的记忆体空间管理（普通的行程不能存取核心区域的记忆体）。想要存取任何非自己的记忆体空间的行程衹能透过系统调用来达成。一般行程是处于使用者模式（User mode）底下，而执行系统呼叫时会被切换成核心模式（Kernel mode），所有的特殊指令衹能在核心模式执行，此措施让核心可以完美管理系统内部与外部装置，并且拒绝无权限的行程提出的请求。因此理论上任何应用程式执行时的错误，都不可能让系统崩潰。
几乎完整的Linux架构图
使用者模式
应用程式（sh、vi、OpenOffice.org等）
复杂函式库（KDE、glib等）
简单函式库（opendbm、sin等）
C函式库（open、fopen、socket、exec、calloc等）
核心模式
系统中断、呼叫、错误等软硬体讯息
核心（驱动程式、行程、网路、内存管理等）
硬体（处理器、内存、各种装置）
另一方面，微软对于更强力的作业系统呼声的回应便是Windows NT于1993年的面世。
1983年开始微软就想要为MS-DOS建构一个图形化的作业系统应用程式，称为Windows（有人说这是比尔·盖茨被苹果的Lisa电脑上市所刺激）。一开始Windows并不是一个作业系统，只是一个应用程式，其背景还是纯MS-DOS系统，这是因为当时的BIOS设计以及MS-DOS的架构不甚良好之故。在1990年代初，微软与IBM的合作破裂，微软从OS/2（早期为命令列模式，后来成为一个技术很优秀但是曲高和寡的图形化作业系统）专案中抽身，并且在1993年7月27日推出Windows 3.1，一个以OS/2为基础的图形化作业系统。并在1995年8月15日推出Windows 95。这时的Windows系统依然是建立在MS-DOS的基础上，不过微软在这同时也在开发不依赖于DOS的NT系列Windows系统，并在后来完全放弃了DOS而转向NT作为Windows的基础。
底下的表格为Windows NT系统的架构：在硬体阶层之上，有一个由微核心直接接触的硬体抽象层（HAL），而不同的驱动程式以模组的形式挂载在核心上执行。因此微核心可以使用诸如输入输出、档案系统、网路、资讯安全机制与虚拟记忆体等功能。而系统服务层提供所有统一规格的函式呼叫库，可以统一所有子系统的实作方法。例如尽管POSIX与OS/2对于同一件服务的名称与呼叫方法差异甚大，它们一样可以无碍地实作于系统服务层上。在系统服务层之上的子系统，全都是使用者模式，因此可以避免使用者程式执行非法行动。
简化版本的Windows NT抽象架构
使用者模式
OS/2应用程式
Win32应用程式
DOS程式
Win16应用程式
POSIX应用程式
其他DLL函式库
DOS系统
Windows模拟系统
OS/2子系统
Win32子系统
POSIX.1子系统
核心模式
系统服务层
输入输出管理档案系统、网路系统
物件管理系统 / 安全管理系统 / 行程管理 / 物件间通讯管理 / 行程间通讯管理 / 虚拟记忆体管理微核心
视窗管理程式
驱动程式
硬体抽象层（HAL）
图形驱动
硬体（处理器、记忆体、外部装置等）
子系统架构第一个实作的子系统群当然是以前的微软系统。DOS子系统将每个DOS程式当成一行程执行，并以个别独立的MS-DOS虚拟机器承载其运行环境。另外一个是Windows 3.1模拟系统，实际上是在Win32子系统下执行Win16程式。因此达到了安全掌控为MS-DOS与早期Windows系统所撰写之旧版程式的能力。然而此架构只在Intel 80386处理器及后继机型上实作。且某些会直接读取硬体的程式，例如大部分的Win16游戏，就无法套用这套系统，因此很多早期游戏便无法在Windows NT上执行。Windows NT有3.1、3.5、3.51与4.0版。Windows 2000是Windows NT的改进系列（事实上是Windows NT 5.0）、Windows XP（Windows NT 5.1）以及Windows Server 2003（Windows NT 5.2）与Windows Vista（Windows NT 6.0）也都是立基于Windows NT的架构上。
而本年代渐渐增长并越趋复杂的嵌入式设备市场也促使嵌入式作业系统的成长。
今日
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现代作业系统通常都有一个使用的绘图装置的图形用户界面（GUI），并附加如滑鼠或触控面版等有别于键盘的输入装置。旧的OS或效能导向的伺服器通常不会有如此亲切的介面，而是以命令行界面（CLI）加上键盘为输入装置。以上两种介面其实都是所谓的壳，其功能为接受并处理使用者的指令（例如按下一按钮，或在命令提示列上键入指令）。
选择要安装的作业系统通常与其硬体架构有很大关系，只有Linux与BSD几乎可在所有硬体架构上执行，而Windows NT仅移植到了DEC Alpha与MIPS Magnum。在1990年代早期，个人电脑的选择就已被局限在Windows家族、类Unix家族以及Linux上，而以Linux及Mac OS X为最主要的另类选择，直至今日。
大型机与嵌入式系统使用很多样化的作业系统。大型主机近期有许多开始支援Java及Linux以便共享其他平台的资源。嵌入式系统近期百家争鸣，从给Sensor Networks用的Berkeley Tiny OS到可以操作Microsoft Office的Windows CE都有。
个人电脑
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个人电脑市场目前分为两大阵营，此两种架构分别有支持的作业系统：
Apple Macintosh - Mac OS X，Windows（仅Intel平台），Linux、BSD。
IBM相容PC - Windows、Linux、BSD、Mac OS X（非正式支援）。
大型电脑
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最早的操作系统是针对20世纪60年代的大型主结构开发的，由于对这些系统在软件方面做了巨大投资，因此原来的计算机厂商继续开发与原来操作系统相兼容的硬件与操作系统。这些早期的操作系统是现代操作系统的先驱。现在仍被支持的大型主机操作系统包括：
Burroughs MCP-- B5000，1961 to Unisys Clearpath/MCP, present.
IBM OS/360 -- IBM System/360, 1964 to IBM zSeries, present
UNIVAC EXEC 8 -- UNIVAC 1108, 1964, to Unisys Clearpath Dorado, present.
现代的大型主机一般也可运行Linux或Unix变种。
嵌入式
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嵌入式系统使用非常广泛的系统（如VxWorks、eCos、Symbian OS及Palm OS）以及某些功能缩减版本的Linux或者其他作业系统。某些情况下，OS指称的是一个内建了固定应用软体的巨大泛用程式。在许多最简单的嵌入式系统中，所谓的OS就是指其上唯一的应用程式。
类Unix系统
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主条目：类Unix
Unix系统的演变
KDE SC 4桌面
所谓的类Unix家族指的是一族种类繁多的OS，此族包含了System V、BSD与Linux。由于Unix是The Open Group的注册商标，特指遵守此公司定义的行为的作业系统。而类Unix通常指的是比原先的Unix包含更多特征的OS。
类Unix系统可在非常多的处理器架构下执行，在伺服器系统上有很高的使用率，例如大专院校或工程应用的工作站。
1991年，芬兰学生林纳斯·托瓦兹根据类Unix系统Minix编写并发布了Linux操作系统内核，其后在理查德·斯托曼的建议下以GNU通用公共许可证发布，成为自由软体Unix变种. Linux近来越来越受欢迎，它们也在个人桌面电脑市场上大有斩获，例如Ubuntu系统。
某些Unix变种，例如惠普的HP-UX以及IBM的AIX仅设计用于自家的硬体产品上，而SUN的Solaris可安装于自家的硬体或x86电脑上。苹果电脑的Mac OS X是一个从NeXTSTEP、Mach以及FreeBSD共同衍生出来的微核心BSD系统，此OS取代了苹果电脑早期非Unix家族的Mac OS。
经历数年的披荆斩棘，自由开源的Linux系统逐渐蚕食以往专利软体的专业领域，例如以往电脑动画运算巨擘──硅谷图形公司（SGI）的IRIX系统已被Linux家族及贝尔实验室研发小组设计的九号计画与Inferno系统取代，皆用于分散运算式环境。它们并不像其他Unix系统，而是选择内建图形用户界面。九号计画原先并不普及，因为它刚推出时并非自由软体。后来改在自由及开源软体许可证Lucent Public License释出后，便开始拥有广大的使用者及社群。Inferno已被售予Vita Nuova并以GPL/MIT许可证释出。
当前，计算机按照计算能力排名世界500强中全数皆使用Linux系统。[4]
微软Windows
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主条目：Microsoft Windows
Microsoft Windows系列作业系统是在微软给IBM机器设计的MS-DOS的基础上设计的图形作业系统。现在的Windows系统，如Windows 2000、Windows XP皆是建立于现代的Windows NT核心。NT核心是由OS/2和OpenVMS等系统上借用来的。Windows可以在32位元和64位元的Intel和AMD的处理器上运行，但是早期的版本也可以在DEC Alpha、MIPS与PowerPC架构上运行。
虽然由于人们对于开放原始码作业系统兴趣的提升，Windows的市场占有率有所下降，但是到2004年为止，Windows作业系统在世界范围内占据了桌面作业系统90%的市场。[5]
Windows系统也被用在低阶和中阶伺服器上，并且支援网页服务的资料库服务等一些功能。最近微软花费了很大研究与开发的经费用于使Windows拥有能运行企业的大型程式的能力。
Windows XP在2001年10月25日发布，2004年8月24日发布服务包2（Service Pack 2），2008年4月21日发布最新的服务包3，但只有32位元（Service Pack 3）。
Windows XP的下一代为Windows Vista（开发代码为Longhorn）于2007年1月30日发售[6]。Windows Vista增加了许多功能，尤其是系统的安全性和网路管理功能，并且其拥有介面华丽的Aero Glass。但是整体而言，其在全球市场上的口碑却并不是很好。其后继者Windows 7则是于2009年10月22日发售，Windows 7改善了Windows Vista为人诟病的效能问题，相较于Windows Vista，在同样的硬体环境下，Windows 7的表现较Windows Vista为好。
Windows 8 于2012年10月26日发售，与Windows Phone 8共用核心，取消了开始按钮，并使用了全新动态砖介面，并可使用Windows 市集购买安装App，但由于整体介面相较于前几版是很大的更改，以及为触控设计的介面，让不少键盘滑鼠使用者比较不习惯。微软于隔年2013年10月18日发布了Windows 8.1，并加回了开始按钮。
而最多人使用的Windows 的Windows 10则是于2015年7月29日发售。而每次大更新后就更改版本号，目前最新为21H2。会在2025年10月25日停止支援Windows 10家用版及专业版
Windows 11于2021年10月5日发行ISO等安装档，但无发售盒装版。是目前最新的Windows，也是唯一可以安装Android App与只有64位元版的Windows
苹果macOS
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主条目：Mac OS和Mac OS X
macOS，前称“Mac OS X”或“OS X”，是一套运行于苹果Macintosh系列电脑上的操作系统。Mac OS是首个在商用领域成功的图形用户界面系统。Macintosh开发成员包括比尔·阿特金森（Bill Atkinson）、杰夫·拉斯金（Jef Raskin）和安迪·赫茨菲尔德（Andy Hertzfeld）。从OS X 10.8开始在名字中去掉Mac，仅保留OSX和版本号。在WWDC 2016 上，苹果公司将OS X更名为macOS，现行的最新的系统版本是macOS Sonoma。
Chrome OS
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主条目：Google Chrome OS
Google Chrome OS是一项Google的轻型电脑操作系统计划，其基于Google的浏览器Google Chrome的Linux内核。
其他
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大型主机以及嵌入式作业系统均与Unix或Windows家族关系不大，除了Android，Windows CE、Windows NT及Windows XP Embedded是Windows的血亲产品，以及数种*BSD和嵌入式Linux套件为例外。
少数较旧的OS今日依然在一些需要稳定性的市场中活跃，例如IBM的OS/2、BeOS以及XTS-400。
在达康时代狂潮过后，如AmigaOS与RISC OS等少数人使用的OS依然持续建立，以满足狂热的爱好者社群与特殊专业使用者。
优秀的操作系统必定要具备能让各种能力级别的用户满足各种需求的工具包可视化的高效简便程序环境，以程序来创建程序，就如立法的法律指导规范新的法案的创建。这其实是操作系统所隐含的一部分，决定了可以有多强的扩充能力。比如，某个操作系统有对应的开发者工具包集成环境程序并且是个可视化的，还能让能力不太高的人一看能懂的，用于修改某个声音合成器包含频谱显示，可要是操作系统本身不支持也没有提供可用的工具程序，就会变得很繁琐，很可能为了达到这个目标，开发者就要预备好各种相关的工具程序，甚至自己来编写一系列相关的工具程序创建专门的工具包，最后还要检查代码。若是有人想通过音乐来生成五线谱，要对类似标记语言的五线谱规则对应一下，对各种音色，音准采集并总结出一整套规律，通过声音识别可以识别出乐器的类别等，进而标出乐符完成从声音到乐谱的转换并生成。可是对人声却又更为复杂也不必要如此。若是需要用声音的波形图重现声音，没有相关的工具集是相当难实现，另外只有使用同一套声音的波形绘制规则的所生成的波形图用来再现的声音才是原来的声音。
在作为商品出售的操作系统软件的历史中常常因为其中包含的浏览器，媒体播放器在美国遭到反垄断起诉，差点使得功能上残缺不全。少数操作系统软件能够提供较为全面的App和实用工具程序。
操作系统软件的编译也需要对应的编译环境。
在同一台计算机上运行不同的操作系统软件，就能够以不同的方式来使用计算机资源。比如，在Mac上运行OS X和Windows以两种不同的技术OpenCL，Core Image:DirectX来使用图形卡实现类似的作用。
通过图像识别和声音识别来进行信息搜索。
能够满足不同需求所要求的精确程度对时间的精细划分，以及尺度细分可以互联，同步，协调原本必须由多个人协同合作才能完成的随时需要调整并相互同步的操控作业，这就必须有即时消息传送显示，可视化的用于协调同步计划任务的配置脚本，以及执行这样计划任务的完整组件。
未来
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研究与建立未来的作业系统依旧进行著。作业系统朝提供更省电、网路化、易用、华丽的使用者介面的方向来改进。类UNIX OS通过和桌面环境开发者协作，正努力让自己改进使用环境。
eyeOS是一套基于PHP实现的半开源模拟云端运算操作系统，但其实质只是在网路浏览器中提供一种类似无界限的类独立操作系统，其并非于任何类似虚拟化中实现的真正电脑操作系统，能提供诸如Word、PPT、Excel的在线处理功能…
GNU Hurd是一个以完全相容Unix并加强许多功能为目标的微核心架构。微软Singularity是一个奠基于.Net并以建立较佳记忆体保护机制为目标的研究计画。