WSL2 включает принципиальные изменения архитектуры относительно WSL1. Если для WSL 1 требовался промежуточный уровень преобразования между системными вызовами и ядром Windows NT, то WSL 2 поставляется с легковесной виртуальной машиной, оснащенной полноценным ядром Linux. Данная виртуальная машина работает непосредственно на уровне системы виртуализации Windows Hypervisor. В обновленной подсистеме Windows для Linux полностью поддерживаются системные вызовы и нативный запуск таких приложений, как Docker и FUSE. За счет такой реализации архитектуры, ядро Linux получает полный доступ к файловой системе Windows.