Новинка стала вторым смартфоном HTC на 64-битном процессоре. Но в отличие от HTC Desire 510 в нём используется более мощный чипсет Snapdragon 615 (MSM8939) с 8-ядерным процессором Cortex-A53, 4 ядра которого разогнаны до 1,6 ГГц, а 4 ядра имеют частоту 1 ГГц, и графическим процессором Adreno 405. Следует отметить, что HTC Desire 820 появится в продаже в конце сентября в версиях с одним и двумя слотами для SIM-карт.