L'architecture du microcontrôleur de l'AVR a été développée par Atmel en 1996. Elle est basée sur l'architecture de microcontrôleur de Harvard. L'AVR a été l'une des premières familles de microcontrôleurs à utiliser une mémoire flash sur puce pour le stockage des programmes, par opposition aux ROM, EPROM ou EEPROM programmables une seule fois utilisées par d'autres microcontrôleurs à l'époque.

Beaucoup de gens pensent que AVR est l'acronyme de Alf (Egil Bogen) et Vegard (Wollan), le processeur Risc".

Cette architecture remplace l'ancienne architecture MCS-51. Un cycle machine de MCS-51 prend 12 cycles d'horloge et la plupart des instructions sont exécutées en un seul cycle machine.

Les microcontrôleurs AVR (MCU) peuvent également exécuter la plupart des instructions en un seul cycle machine, mais un cycle machine ne prend qu'un cycle d'horloge. La performance par cycle d'horloge est 12 fois plus élevée avec l'AVR.

Le noyau comprend 32 registres à usage général directement reliés à l'UAL. Il permet d'accéder à deux registres indépendants et d'exécuter des instructions avec eux en un seul cycle de machine.