Самоходная установка СУ-76И была разработана на базе немецкого танка Pz III и имела следующую компоновку: моторно-трансмиссионное отделение находилось сзади, а спереди была смонтирована боевая рубка с установленным на ней орудием. Механик-водитель располагался слева от орудия. Для наблюдения за полем боя командир имел башенку со смотровыми приборами.
На СУ-76И устанавливалась 76,2-мм полуавтоматическая танковая пушка Ф-34 конструктора В.Г.Грабина. Сектор ее наведения в горизонтальной плоскости составлял 20°, а в вертикальной – от -5° до +15°. Для управления огнем из пушки на самоходной установке применялись телескопический прицел ТМФД-7 и панорама Герца.
В лобовом листе рубки, ее бортах и на крыше имелись смотровые щели со стеклоблоками.
Танковый 12-цилиодровый V-образный 4-тактный карбюраторный двигатель жидкостного охлаждения «Майбах» HL-120TRL мощностью 221 кВт (300 л.с.) позволял развивать скорость до 50 км/ч. Машина могла преодолевать подъемы крутизной до 30°, рвы шириной до 2,1 м, эскарпы с высотой вертикальной стенки до 1 м, броды с твердым дном глубиной до 1 м и двигалась по косогору с креном до 28°. Среднее удельное давление на грунт было большим (0,1 МПа или 1 кгс/см2), что приходилось учитывать при эксплуатации машины на грунтах со слабой несущей способностью.