SU-152具有一个大型的战斗室，正面装甲厚度60～75毫米，侧面装甲55毫米，结构上采用防弹性能优异的六角形外形设计，拥有较好的防护效果。
其重炮为M-1937152毫米榴弹炮，这是苏联红军在二战中最重要的压制火炮，采用28.8倍口径的身管，炮口初速655米/秒，最大射程17.3公里。发射反坦克榴弹时能有效贯穿500～1000米处的124毫米的垂直装甲。由于配备大口径的火炮，战斗室内只能装20发备用炮弹，持续作战能力比较差。
SU-152的主炮俯仰角-5度～+12度之间，方向射界左右各为12度。SU-152在1943年中一共生产了704辆，每21辆编为一个独立的重型自行火炮团，起初做为最高统帅部的预备队，后来做为方面军直属部队投入到各战略方向的主要地段，用来支援坦克和步兵部队的进攻。
库尔斯克战役中，苏联方面宣称，该车使用全重48.78公斤的穿甲弹（炮口初速600米/秒），完全能够对抗当时战场上的德国“黑豹”中型坦克和“虎”式重型坦克。
为了减轻车重，该车正面装甲只有60～75毫米，在二战后期已经不能安全满足防护的需要。随着IS重型坦克的出现，所用重型自行火炮的底盘生产开始转向以IS坦克底盘为基础的ISU-152等型号上，SU-152的生产随即终止了。