AMD wurde am 1. Mai 1969 unter dem Namen „Sanders Association“ von Jerry Sanders III und Ed Turney gegründet. Das Startkapital wurde durch Investoren, darunter Intel-Gründer Robert Noyce, bereitgestellt. Die ersten integrierten Schaltkreise wurden im November 1969 produziert. Diese bildeten die Grundlage für das erste selbst entwickelte Produkt Am2501, welches 1970 auf den Markt kam.

Ab 1973 begann die Expansion in Länder außerhalb der USA, so wurde ein Werk in Penang in Malaysia errichtet. 1975 startete AMD die Produktion von Speicherchips, und 1979 ging das Unternehmen an die Börse. Im selben Jahr wurde eine Lizenz von Intel zur Herstellung der 8086- und 8088-Prozessoren erworben. Als diese im Jahr 1986 gekündigt wurde, führte dies zu einem Rechtsstreit, in dessen außergerichtlicher Einigung AMD untersagt wurde, ab der 5. Generation (80586 – Intel Pentium) Nachbauten von Intels Prozessoren zu erstellen. AMD entwickelte daraufhin eigene Architekturen, die erste war der AMD K5. Mit der Übernahme des CPU-Herstellers NexGen im Jahr 1996 schuf man für weitere Entwicklungen technologische und personelle Grundlagen. Zur Produktion der Chips eröffnete man 1998 in Dresden die Fab30 und 2004 die Fab36. Zwischenzeitlich hatte man den CPU-Hersteller Alchemy übernommen, der High-End-Low-Power-Embedded-Prozessoren mit MIPS-Architektur produzierte.

Ebenfalls 2004 erfolgte die Umbenennung des 1993 mit Fujitsu gegründeten Joint Venture Fujitsu AMD Semiconductor Limited in Spansion. Die gesamte Flash-Produktion wurde von AMD und Fujitsu an Spansion übergeben. Ende 2005 wurde Spansion dann komplett als eigene Aktiengesellschaft ausgegliedert, da die Sparte andauernde Verluste aufwies.

Im Jahr 2006 übernahm AMD ATI Technologies, einen zu diesem Zeitpunkt führenden Anbieter von Computergrafik-Chips. In der Halbleiterbranche galt diese Übernahme aufgrund der besonderen Konstellationen (kaum direkte Konkurrenz dieser Unternehmen, unterschiedliche Forschungsgebiete) als beispiellos. Durch diese Übernahme kann AMD, wie auch Hauptkonkurrent Intel, wichtige Computerbauteile „aus einer Hand“ liefern.
Eigentumsverhältnisse (Stand: Juni 2016)[7] Aktionär Anteil
Mubadala Development Company 15,9 %
The Vanguard Group 7,2 %
BlackRock 6,0 %
OppenheimerFunds 3,8 %
Waddell & Reed Investment 3,0 %
State Street Global Advisors 2,5 %

Am 8. September 2008 erklärte AMD-CEO Dirk Meyer gegenüber dem US-Wirtschaftsmagazin Fortune, dass sich AMD „weg von einem durch eigene Produktionsanlagen gefesselten hin zu einem weniger auf Fabrikation konzentrierten Modell entwickeln werde“ (Original: “going to go away from a captive fab model to more of a fabless model”). Damit war die wirtschaftliche Abtrennung der Fertigungsanlagen auf dem Wege. Im Oktober 2008 gab AMD bekannt, seine Chip-Fabs in eine zusammen mit dem Investmentunternehmen Advanced Technology Investment Company (ATIC) aus Abu Dhabi betriebene Foundry auszugliedern.[8] Im März 2009 wurde der offizielle Name der ausgegründeten Unternehmenssparte bekanntgegeben: Globalfoundries[9][10]

Im Januar 2011 trat Dirk Meyer von seinen Funktionen bei AMD zurück.[11] Nach Monaten kommissarischer Führung durch den CFO Thomas Seifert ernannte AMD im August 2011 den ehemaligen Lenovo-Manager Rory P. Read zum neuen CEO.[12] Im Oktober 2014 wurde Lisa Su seine Nachfolgerin.[13]

Am 29. Februar 2012 übernahm AMD den Microserverspezialisten SeaMicro, um damit besser im Servermarkt Fuß zu fassen.[14]