Корпус и рубка установки были сварены из броневых катаных листов толщиной 20, 30, 60 и 70 мм. Маска пушки имела толщину 60 мм. Зазор между подвижной бронировкой орудия и верхним лобовым листом корпуса машины защищался броневым прикрытием. Лобовой, скуловые, бортовые и кормовой броневые листы рубки, а также лобовые листы корпуса отличались рациональными углами наклона. Борта корпуса — вертикальные. В правом нижнем бортовом листе корпуса в боевом отделении располагался люк для загрузки боеприпасов с откидной броневой крышкой. Для стрельбы из личного оружия в лобовом и кормовом листах рубки имелись бойницы, закрывавшиеся броневыми пробками.

Крыша броневой рубки — съемная, состояла из двух частей. С передним, скуловыми, боковыми и кормовым листами рубки листы крыши соединялись с помощью болтов. В передней части крыши рубки, помимо двух люков и отверстия под смотровой прибор, имелись два отверстия (справа) для установки командирской панорамы и антенного ввода, прикрытого броневым стаканом, и сзади справа — лючок, закрывавшийся откидной броневой крышкой, для доступа к заправочным горловинам топливных баков, расположенных в боевом отделении. Отверстия под смотровые приборы в крыше рубки и крышках люков имели броневое прикрытие. Вентиляция боевого отделения осуществлялась за счет тяги воздуха, создававшейся работающим двигателем при открытых шиберах в моторной перегородке.

Фотографии трофейной САУ СУ-152 из немецкого журнала «Die Wehrmacht». 1943 год.

Кормовая часть корпуса состояла из двух броневых листов (верхнего и нижнего) закругленной формы. В средней части верхний лист перекрывал нижний, образуя тем самым карман для выхода охлаждающего воздуха из МТО самоходной установки. Для защиты от попадания посторонних предметов карман закрывался проволочной сеткой. Крыша МТО состояла из двух съемных броневых листов, крепившихся к корпусу САУ болтами. Первый лист крыши в центральной части имел люк для доступа к двигателю, закрывавшийся броневой крышкой. В центре крышки в выпуклой ее части находилось отверстие, предназначавшееся для заливки воды в систему охлаждения двигателя. Вдоль бортов корпуса имелись два прямоугольных отверстия для доступа охлаждающего воздуха к двигателю, закрывавшиеся сверху защитными сетками. В задней части листа были выполнены два отверстия для прохода выхлопных труб, над которыми устанавливались броневые кожуха. Задний лист крыши оборудовался двумя круглыми люками с откидными броневыми крышками для доступа к узлам и агрегатам трансмиссии. Днище корпуса было сварено из двух броневых листов и имело люки и отверстия, закрываемые броневыми крышками.

В амбразуре лобового листа рубки в рамке устанавливалась 152-мм гаубица-пушка MЛ-20 обр.1937 года. Орудие снабжалось поршневым затвором с инерционным предохранителем и щелевым дульным тормозом. Длина ствола составляла 28,8 калибра, высота линии огня — 1800 мм. В конструкции противооткатных устройств использовались гидравлический тормоз отката и гидропневматический накатник. Подъемный и поворотный механизмы секторного типа обеспечивали углы вертикальной наводки от -5° до +18°, горизонтальной — в секторе 12°. Телескопические прицелы СТ-10 или КТ-5 использовались при стрельбе прямой наводкой, а панорама Герца — при стрельбе с закрытых огневых позиций. Для стрельбы ночью шкалы прицела и панорамы, а также прицельная и орудийная стрелки оснащались специальной подсветкой. Дальность стрельбы прямой наводкой составляла 3800 м, наибольшая — 6200 м. Скорострельность пушки-гаубицы достигала 2 выстр./мин. Для облегчения заряжания орудия имелся откидной лоток, который обеспечивал устранение задевания ведущего пояска снаряда за срез трубы ствола.

Артсамоходы СУ-152 на огневой позиции. Западный фронт, 1943 год.

В боекомплект входили 20 выстрелов раздельного гильзового заряжания. Для стрельбы использовались осколочно-фугасная дальнобойная стальная пушечная граната ОФ-540, бетонобойный гаубичный снаряд Г-530, осколочно-фугасная дальнобойная стальная гаубичная граната ОФ-530, осколочная дальнобойная гаубичная граната из сталистого чугуна О-530А, бронебойно-трассирующий снаряд БР-540 и фугасный морской полубронебойный снаряд. Кроме того, могли использоваться пушечные бетонобойные снаряды Г-545 массой 56 кг и фугасные стальные пушечные гранаты старого образца Ф-542 и Ф-542Ш. Дополнительно в боевом отделении укладывались два 7,62-мм пистолета-пулемета ППШ с боекомплектом 1278 патронов (18 дисков) и 25 гранат Ф-1, позднее боекомплект к ППШ был увеличен до 1562 патронов (22 диска).

В моторно-трансмиссионном отделении вдоль продольной оси корпуса устанавливался 12-цилиндровый V-образный четырехтактный дизель В-2К. Максимальная мощность двигателя составляла 600 л.с. при 2000 об/мин, эксплуатационная — 500 л.с. при 1800 об/мин. Пуск двигателя осуществлялся с помощью электростартера СТ-700 мощностью 15 л.с. или сжатого воздуха из двух воздушных баллонов емкостью 5 л каждый. Дизельное топливо марки ДТ или газойль марки «Э» подавалось принудительно с помощью двенадцатиплунжерного топливного насоса НК-1. Емкость основных топливных баков составляла 600–615 л. При установке запасных наружных баков запас возимого топлива увеличивался на 360 л. Запас хода установки по шоссе на основных баках достигал 330 км.

В состав трансмиссии входили многодисковый главный фрикцион сухого трения, четырехступенчатая коробка передач с демультипликатором, обеспечивавшая восемь передач переднего и две передачи заднего хода, два многодисковых бортовых фрикциона с плавающими ленточными тормозами и два бортовых планетарных редуктора.

СУ-152 на сдаточной площадке Челябинского Кировского завода, август 1943 года.

Корпус СУ-152 в сборочном цеху ЧКЗ, октябрь 1943 года.

Состав гусеничного движителя — 12 сдвоенных опорных катков (диаметром 600 мм), шесть поддерживающих катков, два направляющих колеса с механизмами натяжения гусениц и два ведущих колеса кормового расположения со съемными зубчатыми венцами. Зацепление — цевочное. Подвеска — индивидуальная торсионная, с ограничителями хода опорных катков. Опорные и поддерживающие катки, а также направляющие колеса были выполнены цельнометаллическими, без резиновой амортизации. Ширина штампованного трака гусеницы равнялась 608 мм.

На машине устанавливалась радиостанция 9Р или 10Р (10РК-26) с умформерами РУ-75В и РУ-11Б, для внутренней связи служило танковое переговорное устройство ТПУ-4БИС.