Танк «Объект 139» был разработан в КБ завода № 183 в 1955 г. и представлял собой модификацию серийного танка Т-54, на которой отрабатывалось новое вооружение и испытывался двигатель повышенной мощности. Три опытных образца танка были выпущены в 1956 г. В январе-апреле 1957 г. танки проходили испытания на НИИБТ полигоне, но не выдержали их. В специальной литературе 1950-х гг. этот танк также известен как танк Т-54М.
Танк «Объект 139» отличался от серийного танка Т-54 установкой в измененной литой башне более мощного основного оружия. Кроме того, на этой машине были внедрены топливные баки-стеллажи. Для ведения боевых действий в ночных условиях на танке использовались инфракрасные приборы наблюдения и ночной прицел. У механика-водителя устанавливался ночной прибор ТВН-2, у командира танка – ТКН-1, у наводчика – ночной прицел ТПН-1-22-11.
В башне танка размещались стабилизированная в двух плоскостях 100-мм нарезная танковая пушка Д-54ТС с дульным тормозом и спаренный 7,62-мм пулемет СГМТ. При стрельбе из спаренной установки использовался дневной перископический прицел Т-2С «Удар» с независимой стабилизацией линии прицеливания. Стабилизатор «Молния» вместе с прицелом Т-2С обеспечивали вероятность попадания при стрельбе из пушки по цели типа «Танк» при фронтальном движении 70,5%, при фланговом – 45,7%, в среднем – 65,5%.
В боекомплект к пушке входили 50 унитарных выстрелов с бронебойными и осколочно-фугасными снарядами, из которых 18 находилось в двух баках-стеллажах. Дополнительные боеукладки располагались у средних топливных баков и на полу боевого отделения. Бронебойный снаряд массой 16,1 кг и начальной скоростью 1015 м/с. на дальности 10ОО м пробивал вертикально расположенный броневой лист толщиной 235 мм или 85-мм лист, установленный под углом 60° от вертикали.
В качестве зенитного оружия вместо 12,7-мм пулемета ДШК была установлена и прошла испытания разработанная на заводе N9183 опытная зенитная пулеметная установка с 14,5-мм пулеметом КПВТ (боекомплект – 200 патронов), оснащенная коллиматорным прицелом К-10Т.
Броневая защита танка имела такой же уровень снарядостойкости, как и броневая защита танка Т-54. В связи установкой на танке новой пушки, перископического прицела и 14,5-мм зенитного пулемета конструкция башни была несколько изменена.
В моторно-трансмиссионном отделении поперек корпуса устанавливался дизель В-54-6 (А-137-5), который развивал мощность 426 кВт (580 л.с.). По сравнению с танком Т-54 емкость топливных баков за счет использования баков-стеллажей увеличилась до 980 л.