Bitcoin ใช้สถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบ P2P (peer-to-peer) บนพื้นฐานของอินเทอร์เน็ต ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในเครือข่ายเดียวกันนั้นมีสถานะเท่าเทียมกัน และแต่ละโหนด (node) จะให้บริการแก่เครือข่ายร่วมกันโดยไม่มีโหนด "พิเศษ" ใดๆ โหนดเครือข่ายแต่ละโหนดเชื่อมต่อกันในรูปแบบ "แบน" (flat) ไม่มีเซิร์ฟเวอร์ บริการแบบรวมศูนย์ หรือลำดับชั้นในเครือข่าย P2P: แต่ละโหนดให้บริการแก่โลกภายนอกในขณะที่ใช้บริการจากโหนดอื่น ๆ ในเครือข่าย ดังนั้นเครือข่าย P2P จึงมีความน่าเชื่อถือ กระจายศูนย์ และเปิดกว้าง อินเทอร์เน็ตยุคแรกเป็นตัวอย่างการใช้งานสถาปัตยกรรมเครือข่าย P2P ที่ชัดเจน: โหนดในเครือข่าย IP มีความเท่าเทียมกันโดยสมบูรณ์ สถาปัตยกรรมอินเทอร์เน็ตในปัจจุบันมีโครงสร้างแบบลำดับชั้น แต่โปรโตคอล IP ยังคงรักษาโทโพโลยีแบบแบนไว้นอกเหนือจาก Bitcoin การใช้งานเทคโนโลยี P2P ที่ใหญ่ที่สุดและประสบความสำเร็จที่สุดคือในการแบ่งปันไฟล์: Napster เป็นผู้บุกเบิกในด้านนี้ และ BitTorrent คือวิวัฒนาการล่าสุดของสถาปัตยกรรมดังกล่าว
สถาปัตยกรรมเครือข่าย P2P ที่ Bitcoin ใช้เป็นมากกว่าแค่การเลือกโทโพโลยี Bitcoin ถูกออกแบบมาให้เป็นระบบเงินสดดิจิทัลแบบ peer-to-peer และสถาปัตยกรรมเครือข่ายก็เป็นทั้งภาพสะท้อนและเสาหลักของคุณลักษณะหลักนั้น การควบคุมแบบกระจายศูนย์เป็นหลักการออกแบบที่สำคัญ และสามารถทำได้โดยการรักษาเครือข่ายฉันทามติ P2P ที่แบนและกระจายศูนย์
"เครือข่าย Bitcoin" คือกลุ่มของโหนดที่ดำเนินการตามโปรโตคอล P2P ของ Bitcoin นอกเหนือจากโปรโตคอล P2P ของ Bitcoin แล้ว เครือข่าย Bitcoin ยังมีโปรโตคอลอื่น ๆ อีกด้วย ตัวอย่างเช่น โปรโตคอล Stratum ใช้สำหรับการขุด และสำหรับกระเป๋าเงิน bitcoin ขนาดเล็กหรือบนมือถือ เซิร์ฟเวอร์ Gateway routing ให้บริการโปรโตคอลเหล่านี้ ใช้โปรโตคอล P2P ของ Bitcoin เพื่อเข้าถึงเครือข่าย Bitcoin และขยายเครือข่ายไปยังโหนดต่าง ๆ ที่รันโปรโตคอลอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น เซิร์ฟเวอร์ Stratum เชื่อมต่อโหนดขุด Stratum ทั้งหมดเข้ากับเครือข่าย Bitcoin หลักผ่านโปรโตคอล Stratum และเชื่อมต่อโปรโตคอล Stratum เข้ากับโปรโตคอล P2P ของ Bitcoin เราใช้คำว่า "เครือข่าย Bitcoin ที่ขยาย" (extended bitcoin network) เพื่ออ้างถึงโครงสร้างเครือข่ายโดยรวมที่มีโปรโตคอล P2P ของ Bitcoin, โปรโตคอลการขุดของ mining pool, โปรโตคอล Stratum และโปรโตคอลอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อองค์ประกอบของระบบ Bitcoin