В начале 80-х годов Главное ракетно-артиллерийское управление выдало руководимому Л.И. Горлицким КБ Уральского завода транспортного машиностроения (УЗТМ) в Свердловске новые требования на самоходную гаубицу калибра 152 мм для замены в войсках гаубицы 2С3 «Акация». Артчасть предполагалась универсальной - для применения как на САУ, так и в буксируемой артиллерии. В то же время ходовую часть нового шасси планировалось унифицировать с ходовой частью основных танков, состоявших на вооружении и находившихся в производстве.

Основными разработчиками самоходной артиллерийской установки назначили: УЗТМ (ныне ПО «Уралтрансмаш») - головной разработчик шасси «Объект 316» и машины в целом, а также Тульское КБ приборостроения (ныне НПО «Точность») - разработчик боевого отделения, КБ завода №9 в Свердловске - качающейся части. Главным конструктором установки, получившей обозначение ГРАУ 2С19, утвердили Ю.В. Томашева.

В 1989 году новая самоходка была принята на вооружение артиллерийских полков мотострелковых и танковых дивизий советской армии под обозначением

2С19 «Мста-С» (С - самоходная, в отличие от буксируемого орудия 2А65 «Мста-Б», принятого на вооружение в 1986 году и имеющего аналогичную с 2С19 качающуюся часть). В те же годы на «Уралтрансмаше» создали специальный тренажер 2Х51 «Бункеровка» для обучения расчетов САУ. Первые серии новых самоходных гаубиц выпускались на заводе «Уралтрансмаш». Вскоре специально для производства машин в необходимых для Советской Армии количествах построили завод в г. Стерлитамаке (Башкирия).

«Мста-С» предназначена для уничтожения тактических ядерных средств, артиллерийских и минометных батарей, танков и другой бронированной техники, противотанковых средств, живой силы, средств ПВО и ПРО, пунктов управления, а также для разрушения полевых фортификационных сооружений и препятствования маневрам резервов противника в глубине его обороны. Она может вести огонь по наблюдаемым и ненаблюдаемым целям с закрытых позиций и прямой наводкой, включая работу в горных условиях. При стрельбе используются как выстрелы из боеукладки, так и подающиеся с грунта, без потери в скорострельности.

Бронированный корпус САУ по конструкции и геометрии подобен корпусу танка Т-72, за некоторыми исключениями. Так, бронирование самоходки более слабое, чем у танка: лобовая часть не имеет комбинированного бронирования и сделана из гомогенной бронестали. Верхний (подбашенный) лист корпуса рассчитан под погон диаметром 2444 мм, а нижняя часть корпуса отличается в связи с применением в подвеске торсионных валов и балансиров от танка Т-80. В корпусе смонтированы двигатель, трансмиссия, приводы управления и подвеска.

Двигатель-марки В-84А. Это V-образный 12-цилиндровый высокоскоростной 4-тактный дизель жидкостного охлаждения мощностью 840 л.с., способный работать на шести видах топлива. Его коробка передач имеет семь передач переднего хода и одну заднего. Электрооборудование включает в себя четыре аккумуляторные батареи напряжением 27 В.

Ходовая часть САУ аналогична танковой (Т-80) и состоит (применительно к одному борту) из шести опорных катков, направляющего колеса с механизмом натяжения гусеницы, ведущего колеса со съемными зубчатыми венцами и пяти поддерживающих роликов. Подвеска независимая с длинными торсионами, из-за чего соответствующие катки правого и левого бортов расположены не соосно (катки левого борта смещены вперед на 110 мм). Первый, второй и шестой катки имеют регулируемые телескопические амортизаторы, стопорящиеся во время стрельбы для гашения колебаний. При этом отпадает необходимость в использовании стабилизирующих сошников. Гусеница шириной 580 мм, оснащенная резинометаллическими шарнирами и обрезиненной беговой дорожкой, тоже заимствована у Т-80.

Башня сварена из катаных броневых листов. В ней находятся: гаубица 2А64 с системой наведения и прицеливания, система автоматизированной подачи и хранения снарядов (включает в себя конвейер подачи снарядов с грунта, укладку 6ЭЦ19 с программируемой выдачей и исполнительный механизм координации углов с подачей снарядов от укладки к орудию), агрегат бортового питания АП-18Д с автономной системой питания, фильтровентиляционное оборудование, средства связи (внутренние телефонные, внешние проводные и радио) и система герметизации казенной части гаубицы, предотвращающая загазованность боевого отделения. Масса башни без боекомплекта - 13500 кг.

Вооружение установки состоит из 152-мм гаубицы 2А64 и 12,7-мм зенитного пулемета НСВТ-12,7, смонтированного на командирской башенке в составе зенитной установки с дистанционным управлением и прицелом ПЗУ-7. Нарезная гаубица 2А64 имеет раздельно-гильзовое заряжание. Стрельба ведется осколочно-фугасными снарядами 3ОФ45 (на дальность 24700 м) в составе выстрелов 3ВОФ58, 3ВОФ72, 3ВОФ73 и активно-реактивными снарядами 3ОФ61 (на дальность 28900 м) в составе выстрела 3ВОФ91, кассетными снарядами типа 3023, содержащими 42 противотанковых суб-боеприпаса (дальность стрельбы 26000 м), снарядами-постановщиками активных радиолокационных помех типа 3НС3О (на дальность 22300 м), дымовыми снарядами-целеуказателями в составе выстрела 3ВДЦ8, а также спецбоеприпасами. Возможно использование и всех типов штатных боеприпасов гаубиц Д-20 и 2С3, а также управляемых снарядов с лазерной подсветкой 3ОФ39 «Краснополь» в составе выстрела 3ВОФ64. Подсветка целей производится передовыми артиллерийскими наблюдателями с помощью приборов 1Д15 (ПП-3), 1Д20, 1Д22 или 1Д26.

Весь боекомплект расположен в башне. Он состоит из 50 выстрелов калибра 152 мм (стандартный набор - 20 ОФС и 30 АРС), а также 300 патронов для пулемета. Масса боекомплекта составляет 2470 кг.

Система перезарядки позволяет вести огонь при любых углах наведения по направлению и возвышению орудия с максимальной скорострельностью без возвращения орудия на линию заряжания. Масса снарядов превышает 42 кг, поэтому для облегчения работы заряжающего из боеукладки они подаются автоматически. Механизм для подачи зарядов - полуавтоматического типа. Конструкция стеллажей боеприпасов позволяет размещать все штатные типы снарядов, а поиск нужного из них и управление всем процессом заряжания ведет контрольная система механизма заряжания. Кроме того, она подсчитывает и фиксирует число выстрелов соответствующего типа. Доставку выбранных снарядов и зарядов к орудию осуществляют два независимых конвейера. Каждый из них обслуживается своим заряжающим, что повышает скорострельность. Наличие дополнительных конвейеров подачи боеприпасов с грунта позволяет вести стрельбу, не расходуя внутренний боезапас. При переводе установки в походное положение дополнительный конвейер подачи снарядов складывается и закрепляется на башне, а другой убирается внутрь. Стреляные гильзы автоматически выбрасываются через люк под стволом орудия, что значительно уменьшает загазованность боевого отделения.

САУ оборудована двумя прицелами: панорамным (1П22), находящимся в поворотном бронеколпаке на крыше башни, и прямой наводки (1П23), окно которого расположено на лобовом листе башни. Первый из них имеет 3,7-кратное увеличение и автоматическую горизонтальную стабилизацию поля зрения при условии, что крен машины не превышает 5°. В походном положении прицел убирается за защитную шторку справа от него. Прицел 1П23 увеличивает в 5,5 раза в пределах углов наведения от -4° до +55°.

Привод 2Э46 гаубицы электрический: по вертикали - автоматически, по горизонтали - от пульта управления. Автоматическое восстановление угла возвышения после каждого выстрела упрощает работу наводчика. При стрельбе он выполняет только одну операцию - удерживает управляющим устройством панорамный прицел на точке прицеливания. В критических ситуациях командир машины имеет возможность самостоятельно наводить и стрелять из орудия, используя дублирующее оборудование. При отключении электропитания применяется резервная система ручного заряжания и наведения. «Мста-С» оснащена системой приема и передачи данных стрельбы 1В122 (проводной и радио) на расстояние до 500 м. Контроль за наведением и координацией взаимодействия батареи ведется машиной управления огнем - командирской или старшего офицера.

Пулеметно-зенитная установка ПЗУ-5, предназначенная для самозащиты от легких бронированных машин, вертолетов и самолетов, аналогична применяемой на танках Т-64А/Б/БВ и Т-80УД. Управляется она дистанционно из башни. Пулемет НСВТ-12,7 «Утес» (6П11) обладает прицельной дальностью 2000 м и скорострельностью 700-800 выстрелов в минуту при углах вертикального наведения от -3° до +70°. Боезапас его состоит из пяти лент по 60 патронов в каждой.

Для обеспечения работы систем САУ при выключенном или отказавшем основном двигателе используется автономный агрегат питания АП-18Д - газовая турбина мощностью 16 кВт. Время ее непрерывной работы - 8 часов.

Члены экипажа переговариваются с помощью аппаратуры внутренней телефонной связи 1В116 на семь абонентов. Внешняя связь - УКВ-радиостанцией Р-173 с дальностью 20 км.