Bitcoin ใช้สถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบ P2P (peer-to-peer) ที่อิงกับอินเทอร์เน็ต ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในเครือข่ายเดียวกันจะเป็น peer-to-peer และแต่ละโหนดจะให้บริการเครือข่ายร่วมกันโดยไม่มีโหนด "พิเศษ" โหนดเครือข่ายแต่ละโหนดจะเชื่อมต่อกันในโทโพโลยี "แบน" ไม่มีเซิร์ฟเวอร์ บริการแบบรวมศูนย์ หรือลำดับชั้นในเครือข่าย P2P: แต่ละโหนดจะให้บริการแก่โลกภายนอกในขณะที่ใช้บริการที่โหนดอื่น ๆ ในเครือข่ายจัดหาให้ ดังนั้นเครือข่าย P2P จึงมีความน่าเชื่อถือ กระจายอำนาจ และเปิดกว้าง อินเทอร์เน็ตยุคแรกเป็นกรณีการใช้งานทั่วไปของสถาปัตยกรรมเครือข่าย P2P: โหนดในเครือข่าย IP มีความเท่าเทียมกันโดยสมบูรณ์ สถาปัตยกรรมอินเทอร์เน็ตในปัจจุบันมีโครงสร้างตามลำดับชั้น แต่โปรโตคอล IP ยังคงโทโพโลยีแบบแบนไว้นอกเหนือจาก Bitcoin แอปพลิเคชันที่ใหญ่ที่สุดและประสบความสำเร็จที่สุดของเทคโนโลยี P2P อยู่ในพื้นที่การแบ่งปันไฟล์: Napster เป็นผู้บุกเบิกในด้านนี้ และ BitTorrent คือวิวัฒนาการล่าสุดของสถาปัตยกรรม
สถาปัตยกรรมเครือข่าย P2P ที่ Bitcoin ใช้เป็นมากกว่าแค่การเลือกโทโพโลยี Bitcoin ได้รับการออกแบบให้เป็นระบบเงินสดดิจิทัลแบบ peer-to-peer และสถาปัตยกรรมเครือข่ายทั้งสะท้อนและเป็นรากฐานของลักษณะหลักนั้น การควบคุมแบบกระจายอำนาจเป็นหลักการออกแบบหลัก และสามารถทำได้โดยการรักษาเครือข่ายฉันทามติ P2P ที่แบนและกระจายอำนาจ
"เครือข่าย Bitcoin" คือกลุ่มของโหนดที่ทำงานตามโปรโตคอล P2P ของ Bitcoin นอกจากโปรโตคอล P2P ของ Bitcoin แล้ว เครือข่าย Bitcoin ยังมีโปรโตคอลอื่น ๆ อีกด้วย ตัวอย่างเช่น โปรโตคอล Stratum ใช้สำหรับการขุด และสำหรับกระเป๋าเงิน bitcoin ขนาดเล็กหรือบนมือถือ เซิร์ฟเวอร์เกตเวย์จะจัดหาโปรโตคอลเหล่านี้ ใช้โปรโตคอล P2P ของ Bitcoin เพื่อเข้าถึงเครือข่าย Bitcoin และขยายเครือข่ายไปยังโหนดต่าง ๆ ที่เรียกใช้โปรโตคอลอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น เซิร์ฟเวอร์ Stratum จะเชื่อมต่อโหนดการขุด Stratum ทั้งหมดเข้ากับเครือข่าย Bitcoin หลักผ่านโปรโตคอล Stratum และเชื่อมต่อโปรโตคอล Stratum เข้ากับโปรโตคอล P2P ของ Bitcoin เราใช้คำว่า "เครือข่าย Bitcoin ที่ขยาย" เพื่ออ้างถึงโครงสร้างเครือข่ายโดยรวมที่มีโปรโตคอล P2P ของ Bitcoin, โปรโตคอลการขุดของ mining pool, โปรโตคอล Stratum และโปรโตคอลอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อส่วนประกอบของระบบ Bitcoin