L' XR 650R si presenta con una colorazione rossa denominata "fighteen red", che fa risaltare il serbatoio del carburante, la sella, la protezione del radiatore, i parafanghi e i paramani, in contrapposizione al colore argento del motore, telaio e manubrio. Questo insieme, conferisce un look molto accattivante ed aggressivo. Tra gli elementi grafici spiccano ampie bande decorative nere, che ricordano la ala della Honda e che corrono lungo il serbatoio e copriradiatori. Sopra di esse campeggia il famoso marchio XR in colore nero bordato di giallo; al contrario la cilindrata è riportata in bianco ai lati della sella.

Due sono le principali caratteristiche della HONDA XR 650R: il motore e il telaio.

Il nuovo motore 4 tempi con raffreddamento a liquido della XR 650R, è il propulsore più potente mai sviluppato dalla Honda per la prestigiosa linea XR, capace di sviluppare prestazioni eccezionali e coppia mozzafiato; la presenza inoltre di un efficiente sistema di raffreddamento con doppio radiatore, consente di mantenere sempre dei rendimenti costanti. Oltre a questa nuova configurazione, il motore è caratterizzato anche da un compattissimo sistema di decompressione incorporato nell'albero a camme, che ne facilita l'avviamento in ogni situazione, e da un contralbero equilibratore ad ingranaggi.

L'altra caratteristica rimarchevole della HONDA XR 650R, è sicuramente il suo innovativo telaio monotrave a semi-doppia culla interamente in alluminio che sfrutta i vantaggi del minor dimensionamento del motore dotato di lubrificazione a carter secco, per ottenere una struttura estremamente rigida ma con un peso contenuto. Per ottenere poi un interasse più ridotto, il forcellone è ancorato alla parte posteriore del motore, mentre per facilitare le operazioni di manutenzione, la parte posteriore del telaio (telaietto) è smontabile.

Motore: Monocilindrico 4 tempi, raffreddato a liquido, 4 valvole monoalbero (OHC)
Alesaggio x corsa: 100 x 82,6 mm
Cilindrata: 649 cc
Rapporto di compressione: 10 : 1
Carburatore: Da 40 mm
Potenza massima: 45 kW a 6.750 giri/minuto
Coppia massima: 64 Nm a 5.500 giri/minuto
Accensione: A scarica capacitiva (CDI)
Avviamento: A pedale
Cambio: 5 rapporti
Trasmissione finale: Catena sigillata con "O-ring"
Dimensioni: (L x L x A) 2.178 x 805 x 1.245 mm
Interasse: 1.481 mm
Altezza sella: 960 mm
Altezza da terra: 330 mm
Capacità serbatoio carburante: 10 litri (inclusi 2 litri di riserva)
Ruota anteriore: Cerchi in alluminio con raggi tangenziali (TL)
Ruota posteriore: Cerchi in alluminio con raggi tangenziali (TL)
Pneumatico anteriore: 90/90 21 54R
Pneumatico posteriore: 140/80 18 70R
Sospensione anteriore: Forcella telescopica da 46 mm, escursione 285 mm
Sospensione posteriore: Monoammortizzatore Pro-Link, escursione 308 mm
Freno Anteriore: Disco idraulico da 240 mm con pinza a doppio pistoncino
Freno posteriore: Disco idraulico da 240 mm con pinza a singolo pistoncino
Peso a secco: 122 Kg