SU-152具有一個大型的戰鬥室，正麵裝甲厚度60～75毫米，側麵裝甲55毫米，結構上采用防彈性能優異的六角形外形設計，擁有較好的防護效果。
其重炮為M-1937152毫米榴彈炮，這是蘇聯紅軍在二戰中最重要的壓製火炮，采用28.8倍口徑的身管，炮口初速655米/秒，最大射程17.3公裏。發射反坦克榴彈時能有效貫穿500～1000米處的124毫米的垂直裝甲。由於配備大口徑的火炮，戰鬥室內隻能裝20發備用炮彈，持續作戰能力比較差。
SU-152的主炮俯仰角——5度～ 12度之間，方向射界左右各為12度。SU-152在1943年中一共生產了704輛，每21輛編為一個獨立的重型自行火炮團，起初做為最高統帥部的預備隊，後來做為方麵軍直屬部隊投入到各戰略方向的主要地段，用來支援坦克和步兵部隊的進攻。
庫爾斯克戰役中，蘇聯方麵宣稱，該車使用全重48.78公斤的穿甲彈（炮口初速600米/秒），完全能夠對抗當時戰場上的德國“黑豹”中型坦克和“虎”式重型坦克。
為了減輕車重，該車正麵裝甲隻有60～75毫米，在二戰後期已經不能安全滿足防護的需要。隨著IS重型坦克的出現，所用重型自行火炮的底盤生產開始轉向以IS坦克底盤為基礎的ISU-152等型號上，SU-152的生產隨即終止了。