Obě představená zařízení nabízejí podle Microsoftu výkonný hardware. Mají 1 GB operační paměti RAM a čtyřjádrový procesor Qualcomm Snapdragon 400 s frekvencí 1,2 GHz. Liší se velikostí displeje a rozlišením fotoaparátu. Lumia 640 má 5" HD IPS displej s rozlišením 1280×720 bodů a na Lumia 640 XL pak 5,7" displej. V modelu Lumia 640 je 8Mpx fotoaparát a v modelu Lumia 640 XL 13Mpx s optikou Zeiss. Oba smartphony jsou vybaveny diodovým LED bleskem, čelní kamerou pro Skype videohovory a předinstalovanou aplikací Lumia Camera. Na jedno nabití akumulátoru s kapacitou 2 500mAh a 3 000mAh v případě Lumia 640 XL by měli vydržet pracovat celý den.
Smartphony dále nabízí podporu dvou SIM karet a rychlé LTE připojení. V průběhu roku oba telefony nabídnou svým uživatelům aktualizaci na finální verzi Windows 10. Lumia 640 a Lumia 640 XL také obsahují jednoroční předplatné kancelářského balíku Office 365 Personal, který nabízí nejnovější verze programů Word, Excel, PowerPoint, Outlook a OneNote. Předplatné můžete využít na smartphonu Lumia, jednom počítači a jednom tabletu. K novým modelům Lumia navíc dostanete 1TB prostor na úložišti OneDrive a každý měsíc 60 volných minut na celosvětové hovory v rámci programu Skype.
Lumia 640 XL se začne na vybraných trzích prodávat v březnu a bude dostupná v matně azurové, oranžové a černé barvě, stejně jako v matně i leskle bílé. Lumia 640 bude globálně dostupná od dubna v leskle azurové, oranžové a bílé barvě, stejně jako matně černé. Hmotnost Lumie 640 je 145 g a verze XL váží 171 g.