При создании ГАЗ-64 были применены многие решения моделей, которые к тому моменту уже производились. Шасси, рулевой и тормозной механизмы,  передний мост, раздаточную коробку, задние рессоры взяли от ГАЗ-61, двигатель и коробка передач были позаимствованы у ГАЗ-ММ. 
Автомобиль предполагалось использовать для разведки, но чаще его использовали как транспортер и тягач. Часто ГАЗ-64 тянул штатные 45-мм орудия, в кузове перевозили ящики со снарядами и прочую амуницию.

ГАЗ-64 с передком и 45-мм пушкой образца 1937