ЗСУ-57-2 относилась к типу полузакрытых самоходных установок. Машина имела три отделения: отделение управления, боевое отделение и МТО.
В открытой сверху вращающейся башне размещалось основное оружие установки – сдвоенная 57-мм автоматическая зенитная пушка С-68.
Качающаяся часть пушки состояла из двух 57-мм автоматов, разработанных на базе полевой автоматической зенитной пушки С-60. Автоматы (левый и правый) располагались горизонтально и с помощью люлек были соединены меаду собой в единый блок. Они имели одинаковое устройство (детали левого автомата являлись, в основном, зеркальным отображением деталей правого автомата). Стрельба осуществлялась как одновременно из обоих автоматов поочередно, так и раздельно из каждого автомата.
При стрельбе использовался автоматический зенитный прицел построительного типа, обеспечивавший автоматическую выработку углов упреждения и прицеливания при стрельбе из пушки прямой наводкой по быстродействующим воздушным и наземным целям. Для контроля горизонтального положения машины перед стрельбой использовался креномер, размещавшийся в отделении управления. Углы вертикальной наводки спаренной установки составляли от -5 до +85°, поэтому ЗСУ при необходимости могла использоваться для стрельбы по наземным целям. Боевая высота зенитной стрельбы достигала 4000 м, а максимальная дальность стрельбы по горизонтали – 12000 м.
Максимальная скорость обстреливаемой цели – 2160 км/ч. Темп стрельбы двух автоматов составлял 200-240 выстр./мин. (количество выстрелов в очереди на пушку – 10). Питание автомата артиллерийскими выстрелами производилось с помощью обойм емкостью на четыре выстрела. Подача выстрелов на линию досылания – боковая (левая и правая). Для стрельбы применялись выстрелы с бронебойно-трассирующим снарядом БР-281 и осколочно-трассирующей гранатой ОР-281. Начальная скорость бронебойного снаряда достигала 1000 м/с.
В боекомплект к автоматическим пушкам входили 300 унитарных выстрелов, из которых 248 выстрелов находились в 62 обоймах.
Корпус и башня сварной конструкции имели противопульную защиту.
В МТО устанавливался дизель В-54 мощностью 382 кВт (520 л.с.). Основным способом двигателя являлся пуск сжатым воздухом, а вспомогательным – с помощью электростартера СТ-16М. Кроме того, был предусмотрен комбинированный способ пуска двигателя. Емкость трех внутренних (640 л) и трех наружных (285 л) баков, включенных в топливную систему двигателя, обеспечивала машине запас хода по шоссе 400-420 км. Конструкция агрегатов трансмиссии и узлов ходовой части была, в основном, заимствована от танка Т-54, а затем – Т-55.