В отличие от американских БТР, на которых мало применялся целесообразный наклон листов брони к вертикали – в пользу лучшего использования площади корпуса и упрощения его изготовления, на ЗИС 100 внедрили весьма продуманный «ломаный» характер поверхности брони, в большинстве расположенной под углами 30 -45° к вертикали. В этом плане машина больше походила на «обтекаемые» конфигурации корпусов немецких БТР, где придавалось большое значение пулестойкости. Особенно выгодную форму имели носовая часть корпуса и боковины отделения управления, закрытые также и сверху. Наклонное расположение большинства бронелистов, рационально использованных, не привело к заметному сокращению внутреннего объема корпуса – посадочная вместимость его составляла 17 человек десанта (практически два отделения мотопехоты), командир и водитель. Последние для посадки пользовались боковыми бронедверями с откидными верхними щитками.
Для безопасного спешивания десанта назад, под защиту бронекорпуса и огня бортового пулемета, служили высокие торцевые двухстворчатые двери. К сожалению, на последующих моделях советских БТР, как правило, с задним расположением силовых агрегатов такого удобства уже не было (кроме тесного выхода назад на БМ11 БАЗ-1200).
Носовая часть мотоотсека закрывалась бронежалюзями, степень открытия которых (в небоевой обстановке) регулировалась с места водителя. В бою при закрытых жалюзи забор воздуха для радиатора мог производиться в более стесненных условиях снизу, из под бронекапота, и этого должно было хватать на время до перегрева двигателя, учитывая непродолжительность операций (работа с «тепловым займом»).
Цельносварной, с открытым сверху боевым отделением (могло закрываться тентом) бронекорпус ЗИС 100 набирался из раскроя листов гомогенной брони «2П» толщиной 13 мм – для передних проекций (нос и лоб), 10 мм – бортовых, 8 мм – кормовых проекций, 6 мм – для крыши и днища.
В дальнейшем, уже на БТР-152В, для более рационального (дифференцированного) бронирования толщина листов лобовой части и жалюзи была увеличена до 14 мм, верх бортов до 11 мм, менее поражаемый низ был уменьшен до 9 мм, крыша мотоотсека – до 5 мм, днище – до 4 мм. В то же время толщина кормовых листов возросла до 9 мм, крыши отделения управления – до 8 мм. Подобное бронирование надежно защищало от осколков мин и снарядов массой до 12 г и пуль нормального калибра на всех дистанциях, а лобовые листы – и от бронебойных. Они же не пробивались обычными крупнокалиберными (12,7мм) нулями, а с дистанции свыше 500 м – бронебойными.