Chrome OS 是由Google设计基于Linux内核的操作系统，并使用Google Chrome浏览器作为其主要用户界面。因此，Chrome OS主要支持Web应用程序，2016年起开始陆续兼容Android应用程序（可通过Google Play商店下载）和Linux应用程序。
Google于2009年7月宣布该项目，将其视为操作系统，应用程序和用户数据都位于云端，因此Chrome OS主要运行Web应用程序，但也可以安装Android应用程序。最初设置在上网本上使用，之后推展到笔记本（Chromebook）和台式机（Chromebox）上，在2011年上半年正式发表上市，Google在2013年推出Chromecast，运行精简版Chrome OS。“Chrome OS”可以在x86或ARM两种微处理器上运行。
Google已于2009年11月19日，将“Chrome OS”以“Chromium OS”之名采用开放源代码。虽然“Chrome OS”植基于Linux内核，不过它会使用“一种新的系统”而不会采行目前正在使用中的Linux标准视窗系统，比如X窗口系统。
目前Chrome OS能透过Neverware网站所发布的CloudReady来在Windows电脑及Mac上实现类似Chrome OS的操作系统。
有人认为，“Chrome OS”的形成是Google对Microsoft的正面挑战的重要一步。同样在7月，Google前一天去除Gmail，Google日历，Google Talk和Google文件的beta标签，意在吸引更多企业用户。这些应用也是Microsoft Office软件套装的竞争对手。
Google介绍“Chrome OS”的设计理念是朝极简方向走，很像Google Chrome。
依此方向，Google希望将大部分的用户界面从桌面型环境转移到万维网上。云计算将会是这种设计里的最大的一部分。对于软硬件设计发展人员，Google发出"网络即平台"的观点。
Google亦说明“Chrome OS”是会和手机的Android操作系统分离开来，Android主要是设计给智能手机使用。而“Chrome OS”是设置给那些将大部分时间都花在互联网的用户使用，至Chrome Web Store下载Web App，可以运行在笔记本和台式机上。
并且，据泄漏消息称，Google Chrome OS将只与硬件捆绑销售，不单独销售。Google亦为此改变很多硬件设计（甚至包括键盘）。
Google将媒体播放器集成到Chrome操作系统和Chrome浏览器中，使用户可以在离线时播放MP3，查看JPEG和处理其他多媒体文件，且支持DRM视频。
Chrome操作系统还包括一个集成型的文件管理器，类似于其他操作系统上的文件管理器，可以显示目录及其从Google云端硬盘和本机存储设备中包含的文件，以及使用各种Web预览和管理文件内容应用程序，包括Google文档和表格。自2015年1月以来，Chrome操作系统还可以将额外的存储设备来源集中到文件管理器中，依靠使文件件系统提供程序API的已安装扩展。
Google鼓励开发人员不仅为Chrome OS构建传统的Web应用程序，还为Chrome应用程序（Chrome Apps，以前称为Packaged apps）构建。从用户的角度看，Chrome应用程序与常用本机应用程序类似：它们可以在Chrome浏览器之外引导，默认情况下处于离线状态，可以管理多个视窗，并与其他应用程序交互。所使用的技术包括HTML5、JavaScript和CSS。2020年1月，Chrome团队宣布打算逐步停止对Chrome Apps的支持。2020年3月，Google停止新的Chrome Apps上传至网络商店。2022年6月以后，Google将不再支持Chrome Apps。
2016年5月20日，Google在Google I/O上表示，将会把Google Play商店和Android App带到Chrome OS中，使Chrome OS可以运行Android APP增加推行Chromebook和Chromebox的动力，解决该平台应用程序不足的问题；此外Chromebook在美国市场出货量已经超越苹果Mac。
市场传言Google把Android应用程序集成进Chrome OS是想将两者合并，但Android、Chrome OS与Google Play部门的资深副总裁Hiroshi Lockheimer在专访中驳斥外界传言，称并不会将两者合并，Chrome OS更像是一台电脑，以桌面、文件管理、鼠标和键盘为基础，再搭配App，而Android则是以触控App为內核，两者的市场模式不同并不会尝试合并。
在2018年1月23日，Google在GIT平台公布Project Crostini，一个计划可以让主流Linux的命令行和图形使用接口的程序运行于LXC容器内。
