Самоходно-артиллерийская установка ИСУ-152 была разработана КБ завода № 100 в Челябинске в июне - сентябре 1943 г. под руководством Ж.Я. Котина. Ведущим конструктором машины был Г.Н. Москвин. При разработке установка имела заводское обозначение "Объект 241". Опытный образец машины был изготовлен в октябре 1943 г. В октябре - ноябре установка прошла заводские и полигонные испытания на НИБТ полигоне и Гороховецком АНИОПе и 06.11.1943 г. была принята на вооружение. В декабре того же года на ЧКЗ началось серийное производство самоходной установки ИСУ-152, которое продолжалось до 1946 г. Всего с 1943 г по май 1945 г. включительно было выпущено 1885 самоходных установок ИСУ-152, которые широко применялись на фронтах Великой Отечественной войны на ее завершающем этапе. Простота конструкции и эксплуатации способствовали быстрому освоению машины экипажами. В послевоенный период ИСУ-152 была модернизирована, а ее шасси использовалось при создании самоходных ракетных пусковых установок и тягачей - эвакуаторов.

Самоходная установка ИСУ-152 была разработана на базе тяжелого танка ИС-1 (ИС-2) и относилась к типу полностью закрытых бронированных самоходных установок с передним расположением броневой рубки, в которой находилось боевое отделение, совмещенное с отделением управления. Моторно-трансмиссионное отделение размещалось в кормовой части корпуса. Самоходно-артиллерийская установка ИСУ-152 отличалась от своего предшественника (установки СУ-152) усиленным бронированием и более надежными агрегатами и узлами ходовой части, трансмиссии и силовой установки. Экипаж машины состоял из пяти или четырех человек и размещался в броневой рубке в следующем порядке: командир - впереди справа от орудия, за ним - замковый, механик-водитель - впереди слева от орудия, за ним - наводчик, сзади наводчика - заряжающий. Если экипаж состоял из четырех человек, то обязанности заряжающего выполнял замковый.

Для посадки и выхода экипажа из самоходной установки в крыше броневой рубки имелись три двухстворчатых люка: два (круглых, поворотных) в передней и один (прямоугольный) в кормовой части. В верхней створке каждого люка устанавливался перископический прибор наблюдения МК-4. У механика-водителя в лобовом листе рубки имелся смотровой лючок с броневой пробкой, в которую был встроен смотровой прибор с триплексом и броневой заслонкой. В днище корпуса за сиденьем механика-водителя располагался люк запасного выхода, закрывавшийся броневой крышкой.

 Основным оружием являлась 152,4-мм гаубица-пушка МЛ-20С обр. 1937/43 гг. с поршневым затвором и щелевым дульным тормозом. Высота линии огня составляла 1800 мм. До мая 1944 г. в орудии использовался ствол от 152-мм пушки-гаубицы МЛ-20 обр. 1937 г. В связи с внесенными конструктивными изменениями с мая 1944 г. стволы стали невзаимозаменяемыми с ранее выпущенными стволами.

152,4-мм гаубицы-пушки обр. 1937 г., выпущенные до октября 1942 года, имели ствол со свободной трубой, орудия, выпущенные позже - ствол-моноблок. Для облегчения заряжания к люльке орудия был прикреплен лоток и поставлена дополнительная тяга к спусковому механизму. Кроме того, цапфы пушки-гаубицы были вынесены вперед. Углы вертикальной наводки составляли от - 3 до 4-20°, по горизонтали - в секторе 10°. Для стрельбы прямой наводкой применялся телескопический прицел СТ-10 с полунезависимой линией прицеливания, для ведения огня с закрытых огневых позиций - панорама Герца с удлинителем, объектив которой выходил из рубки через открытый левый верхний люк. При стрельбе в ночных условиях шкалы прицела и панорамы, а также прицельная и орудийная стрелки подсвечивались электрическими лампочками прибора «Луч 5».

Дальность стрельбы прямой наводкой составляла 3800 м, наибольшая - 6200 м. Скорострельность - 2-3 выстр./мин. Орудие имело электрический и механический (ручной) спуски. Гашетка электроспуска находилась на ручке маховика подъемного механизма. На орудиях первых выпусков использовался механический (ручной) спуск. Подъемный и поворотный механизмы секторного типа, крепились на кронштейнах к левой щеке рамки.

Боекомплект самоходно-артиллерийской установки составлял 21 выстрел раздельного гильзового заряжания с бронебойно-трассирующими остроголовыми снарядами БР-540 с донным взрывателем МД-7 с трассером, осколочно-фугасными пушечными и стальными гаубичными гранатами ОФ-540 и ОФ-530 с взрывателями РГМ-2 (или РГМ, Д-1), осколочными гаубичными гранатами сталистого чугуна 0-530А, которые размещались в боевом отделении. Бронебойно-трассирующие снаряды находились в нише броневой рубки с левой стороны рубки в специальных рамках, осколочно-фугасные гранаты - там же, гильзы с боевыми зарядами в нише броневой рубки в специальных рамках и в хомутиковой укладке. Часть гильз с боевыми зарядами размещалась на днище под орудием.

С октября 1944 года на вращающемся погоне основания командирского люка стала устанавливаться зенитная турель с 12,7-мм пулеметом ДШК и коллиматорным прицелом К8-Т. Боекомплект к пулемету составлял 250 патронов. В боевом отделении укладывались два 7,62-мм пистолета-пулемета ППШ (ППС) с боекомплектом 1491 патрон (21 диск) и 20 ручных гранат Ф-1.

Броневая защита сварных корпуса и рубки - противоснарядная, изготовленная из броневых катаных листов толщиной 20, 30, 60 и 90 мм. Маска пушки имела толщину 60 мм. Впоследствии толщина маски пушки была доведена до 100 мм. Лобовой, скуловые и бортовые листы броневой рубки, а также лобовая литая часть, верхние бортовые и кормовые листы корпуса имели рациональные углы наклона. Носовая часть корпуса на установках первых выпусков изготавливалась литой, на машинах последних выпусков- имела сварную конструкцию. Кормовой лист рубки и нижние бортовые листы корпуса - вертикальные. В лобовой стенке броневой рубки имелись две, а в задней стенке - одна амбразура для стрельбы из личного оружия, закрывавшиеся броневыми пробками.

Силовая установка, трансмиссия, ходовая часть и электрооборудование были заимствованы у тяжелого танка ИС-1 (ИС-2).
В моторно-трансмиссионном отделении вдоль продольной оси корпуса устанавливался дизель В-2ИС мощностью 520 л.с. (382 кВт). Пуск двигателя производился с помощью инерционного стартера, имевшего ручной и электрический (от электродвигателя мощностью 1.2 л.с. (0.88 кВт) приводы или сжатым воздухом от двух воздушных баллонов. Облегчение пуска двигателя в зимних условиях обеспечивалось путем подогрева воздуха непосредственно в воздухоочистителе с помощью специального подогревающего устройства.

Емкость трех основных (внутренних) топливных баков составляла 500 л, запасных (наружных) - 360 л. Два топливных бака: передний правый и передний левый находились в боевом отделении, третий топливный бак располагался в моторно-трансмиссионном отделении справа от двигателя. Четыре запасных топливных бака, не включенные в общую топливную систему, устанавливались по два на наклонных бортах корпуса в районе моторно-трансмиссионного отделения. Запас хода самоходной установки на основных топливных баках достигал 220 км.

В состав механической трансмиссии входили: многодисковый главный фрикцион сухого трения стали но феродо; четырехступенчатая коробка передач с демультипликатором, обеспечивавшая восемь передач переднего хода и две передачи при движении назад; два двухступенчатых планетарных механизма поворота (ПМП) с многодисковым блокировочным фрикционом сухого трения (сталь по стали) и ленточными тормозами, и два двухрядных комбинированных бортовых редуктора. Приводы управления ПМП - механические.

В ходовой части самоходно-артиллерийской установки использовались два ведущих колеса кормового расположения со съемными зубчатыми венцами цевочного зацепления с гусеницами, два направляющих колеса с винтовыми механизмами натяжения гусениц, шесть двухскатных поддерживающих и двенадцать двухскатных цельнолитых опорных катков, две гусеницы, торсионная подвеска и ограничители хода балансиров. Направляющие колеса были взаимозаменяемы с опорными катками. Ширина трака гусеницы составляла 650 мм.

Электрооборудование установки было выполнено по однопроводной схеме. Напряжение бортовой сети составляло 24 и 12 В. Источниками электроэнергии являлись две аккумуляторные батареи общей емкостью 128 А • ч. соединенные последовательно, и генератор мощностью 1 кВт с реле-регулятором. В состав потребителей электроэнергии входили: электродвигатель инерционного стартера, электромагнитный включатель электродвигателя инерционного стартера, электромагнит храповика стартера, радиостанция и телефонные аппараты ТПУ, приборы внутреннего и внешнего освещения и освещения артприборов, электроспуск гаубицы-пушки, электросигналы внешней и внутренней сигнализации, бобины питания электросвечей зимнего пуска двигателя, контрольно-измерительные приборы (амперметр и вольтметр).

Для внешней радиосвязи на самоходной установке устанавливалась радиостанция 10Р или 10РК, для внутренней связи танковое переговорное устройство ТПУ-4БИС-Ф. Для связи с десантом на корме корпуса имелась кнопка звуковой сигнализации.