早在2004年时，微软就开始以“Photon”的计划代号开始研发Windows Mobile的一个重要版本更新，但进度缓慢，最后整个计划都被取消了。
直到2008年，微软才重新组织了Windows Mobile的小组并改名为Windows Phone，并继续开发一个新的移动操作系统。原本计划它的正式版是在2009年发行，但是许多方面的延迟使得微软决定先用Windows Mobile 6.5来过渡。Windows Phone的研发一蹴而就。造成的后果之一就是，旧有的Windows Mobile应用程序无法正常在Windows Phone 系统中运行。微软的一位行动操作系统产品经理赖瑞·利伯曼（Larry Lieberman）说道：“如果我们有更多的时间和资源的话，或许我们就能够做些什么来改善它的向下兼容性。”利伯曼指出，微软曾试着以一个新的角度来观望移动电话市场，并更加注重最终用户（End-user）的使用体验，
而不是像以往一样将焦点放在内部网上。Windows Phone开发部门的副总裁泰瑞·迈尔森（Terry Myerson）说道：“为了要借由不使用手写笔、改采电容型的触控屏幕、以及其它硬件的更动来改善Windows Phone系统的用户体验，我们不得不打破Windows Mobile 6.5的应用程序兼容性。”
2010年2月，微软正式向外界展示Windows Phone操作系统。2010年10月，微软公司正式发布Windows Phone智能手机操作系统的第一个版本Windows Phone 7，简称WP7，并于2010年底发布了基于此平台的硬件设备。主要生产厂商有：三星，HTC, LG等，从而宣告了Windows Mobile系列彻底退出了手机操作系统市场。全新的WP7完全放弃了WM5，6X的操作界面，而且程序互不兼容,并且微软完全重塑了整套系统的代码和视觉，但由于其担心移动产品和整体品牌的连续性，一开始才将其命名为“WP7”。 这个版本改进了原本的用户界面、多点触控功能以及运动感应功能，多家公司都已经推出了数款适用于Windows Phone系统的触控式手机。Windows Phone 7曾于2010年2月16日更名为“Windows Phone 7 Series”，其后再于4月2日取消“Series”，改回“Windows Phone 7”。
2011年9月27日，微软发布了Windows Phone系统的重大更新版本“Windows Phone 7.5“，首度支持中文。Windows Phone7.5是微软在Windows Phone 7的基础上大幅优化改进后的升级版，其中包含了许多系统修正和新增的功能，以及包括了繁体中文和简体中文在内的17种新的显示语言。