Investrónica had eerder al geholpen de ZX Spectrum+ aan te passen voor de Spaanse markt, nadat de Spaanse overheid een speciale belasting had ingevoerd op alle computers met 64 KB RAM of minder.

Qua uiterlijk lijkt de ZX Spectrum 128 op de ZX Spectrum+, met als uitzondering een grote externe koelplaat. Deze externe koelplaat gaf aanleiding tot de bijnaam van het systeem, "The Toast Rack". Nieuwe functies omvatten 128 KB RAM met RAM-schijfcommando's, driekanaals audio via de AY-3-8912-chip, MIDI-compatibiliteit, een RS-232 seriële poort, een RGB-monitorpoort, 32 KB ROM inclusief een verbeterde BASIC.

De machine werd tegelijkertijd voor het eerst onthuld en gelanceerd in september 1985 op de SIMO '85-beurs in Spanje, voor een prijs van 44.250 peseta's. Later presenteerde Sinclair de ZX Spectrum 128 in The May Fair Hotel's Crystal Rooms in Londen, waar hij erkende dat entertainment de meest voorkomende toepassing van thuiscomputers was. Vanwege het grote aantal onverkochte Spectrum+ modellen besloot Sinclair de verkoop in het Verenigd Koninkrijk pas in januari 1986 te starten, tegen een prijs van £179.

De Zilog Z80-processor in de Spectrum heeft een 16-bits adresbus, wat betekent dat slechts 64 KB geheugen rechtstreeks kan worden aangesproken. Om de extra 80 KB RAM te faciliteren, gebruikten de ontwerpers bankswitching zodat het nieuwe geheugen beschikbaar zou zijn als acht pagina's van 16 KB bovenaan de adresruimte. Dezelfde techniek werd gebruikt om te wisselen tussen de nieuwe 16 KB editor ROM en de originele 16 KB BASIC ROM onderaan de adresruimte.

De nieuwe geluidschip en MIDI-uitgangsmogelijkheden werden toegankelijk gemaakt in de BASIC-programmeertaal met het commando PLAY, en een nieuw commando SPECTRUM werd toegevoegd om de machine naar 48K-modus te schakelen, waarbij het huidige BASIC-programma intact bleef (hoewel er geen commando is om terug te schakelen naar 128K-modus). Om BASIC-programmeurs toegang te geven tot het extra geheugen, werd een RAM-schijf gecreëerd waar bestanden in de extra 80 KB RAM konden worden opgeslagen.

De nieuwe commando's vervingen twee bestaande door de gebruiker gedefinieerde tekenspaties, wat compatibiliteitsproblemen met bepaalde BASIC-programma's veroorzaakte. In tegenstelling tot zijn voorgangers heeft het geen interne luidspreker en kan het geluid alleen via een televisieluidspreker produceren.