Wbrew potocznym opiniom, radziecka konstrukcja nie była w żaden sposób oparta na amerykańskiej (do której wówczas Rosjanie nie mieli dostępu). Zapożyczono jedynie ogólny układ konstrukcyjny, wygląd oraz zbliżone wymiary (w tym narzucony przez Małyszewa stosunkowo wąski rozstaw kół 1250 mm). Inny był w szczególności kształt ramy nośnej i budowa resorów.
Konstrukcję samochodu opracowano i zbudowano prototyp w ciągu 51 dni - od 3 lutego do 25 marca 1941 roku. Układ napędowy i zawieszenie wywodziły się z samochodu terenowego GAZ-61, lecz podwozie było znacznie krótsze. Silnik wywodził się z lekkiej ciężarówki Ford-AA (GAZ-MM), a część podzespołów z samochodu osobowego GAZ-M1 (tzw. emki) i jej wersji GAZ-11. Zastosowano odkryte nadwozie, podobne do konstrukcji amerykańskiej.
Do produkcji seryjnej samochód wszedł w sierpniu 1941 pod oznaczeniem GAZ-64. Wyprodukowano jednak niewiele maszyn, gdyż od 1942 roku podwozia GAZ-64 zostały użyte do produkcji samochodów pancernych BA-64. Do produkcji samochodów terenowych powrócono w 1943 roku. Opracowano wówczas zmodernizowany wariant GAZ-64, oznaczony jako GAZ-67. Główna zmianą było poszerzenie rozstawu kół do 1446 mm, polepszające stabilność.