A arma era um obuseiro M-1937 de 152 mm (6 polegadas) montado em uma grande e pesada cobertura na placa frontal da superestrutura, e havia escotilhas no teto, uma das quais com espaço para a montagem de uma metralhadora antiaérea. Este primeiro veículo foi projetado para ser usado tanto como uma arma antitanque quanto como uma arma de assalto pesado, pois o Exército Vermelho não fazia distinção entre armas antitanque e outras armas em termos de táticas. O SU-152 dependia do peso e da potência do projétil para derrotar a blindagem inimiga.
O canhão soviético SU-76 de 76,2 mm foi adotado em 1943 e montado sobre o chassi do tanque T-70. Em agosto do mesmo ano, foi adotado o SU-85 de 85 mm. O caça-tanques SU-85 era operado por uma tripulação de quatro homens, e 2.050 unidades foram produzidas até julho de 1944. Ele possuía um canhão D-5S de 85 mm montado sobre o chassi do tanque T-34. Outras peças de artilharia autopropulsada soviéticas utilizadas em 1943 incluíam o SU-122 de 122 mm e o canhão de assalto SU-152. Ambos eram montados sobre o chassi do tanque Stalin, com o SU-122 incorporando um canhão de 122 mm e o SU-152 o obuseiro ML-205S de 152,4 mm. Operado por cinco homens, um total de 704 canhões de assalto SU122 foram fabricados em 1943. O caça-tanques SU100 foi adotado em 1944, e aproximadamente 1.675 unidades foram fabricadas até junho de 1945. Com uma tripulação de quatro homens, possuía um canhão D-10S de 100 mm montado sobre o chassi do tanque T34. O SU100 tinha um alcance máximo de combate de 3.281 jardas (aproximadamente 2.970 metros).
O desenvolvimento de um caça-tanques de assalto maior, equipado com o canhão ML-20 de 152 mm (5,98 pol.), foi uma reação direta ao surgimento do tanque alemão Tiger durante os combates perto da cidade sitiada de Leningrado, em janeiro de 1943. Durante 1942, as duas equipes do Escritório Central de Projetos (TsKB-2), lideradas pelo veterano projetista Tenente-Coronel Z. Kotin (responsável pelo tanque KV), vinham desenvolvendo um novo tanque pesado para substituir o KV-1, que se tornava cada vez mais obsoleto. Este veículo foi denominado KV-13 e era baseado em grande parte no chassi original, mas com um novo casco e torre.
No final de 1943, o novo projeto da equipe de Kotin serviria de base para os tanques pesados KV-85 e da série IS, que serviriam ao Exército Vermelho até o fim da guerra. No início de 1943, esses novos projetos ainda estavam longe de serem concluídos, o que era inaceitável para o GKO (Escritório Geral de Operações Militares) e o Alto Comando do Exército, que viam a necessidade urgente de implantar rapidamente um veículo blindado capaz de enfrentar o Tiger. Aproveitando a oportunidade, em apenas 25 dias após receberem ordens para prosseguir em 4 de janeiro de 1943, Kotin e L. Troyanov concluíram dois projetos de caça-tanques autopropulsados.
O KV-12 era equipado com o enorme obuseiro B-4 Modelo 1931 de 203 mm (8 pol.), mas, por não ter alcance suficiente para enfrentar o canhão de 88 mm (3,46 pol.) do Tiger, o projeto foi rejeitado. Em vez disso, o KV-14, construído sobre o chassi do KV-1 e equipado com o obuseiro-canhão ML-20 de 152 mm (5,98 pol.), de maior alcance, foi aceito para produção em 14 de fevereiro de 1943 como SU-152. Com uma velocidade inicial de 655 m/s (2149 pés/s), o canhão do SU-152 era uma arma formidável, capaz de penetrar 110 mm (4,3 pol.) de blindagem a uma distância de 2000 m (2187 jardas). A eficácia do canhão foi diminuída pela necessidade de um projétil multicomponente que limitava a cadência de tiro a dois disparos por minuto, enquanto, como na maioria dos veículos blindados soviéticos, a capacidade de atingir alvos nas distâncias previstas nos manuais era limitada pela capacidade das miras telescópicas e pela qualidade da tripulação. É importante notar, contudo, que, a longo prazo, após a entrada em serviço dos novos tanques pesados, a principal função do SU-152 era servir como apoio à infantaria.
O primeiro regimento a ser equipado com o SU-152 foi formado em maio de 1943 e, assim como o menor SU-76i, foi enviado às pressas para participar dos combates em Kursk. Apenas 12 veículos estavam disponíveis, mas posteriormente alegaram ter destruído 12 tanques Tiger e 7 Elephant (um canhão autopropulsado fortemente blindado que também fazia sua estreia em Kursk). Essas alegações são difíceis de comprovar; ao longo da guerra , as tripulações de ambos os lados tendiam a relatar qualquer destruição como sendo o tanque mais poderoso que seus oponentes possuíam em seu arsenal. O que é certo é que o SU-152 provou ser devastadoramente eficaz em combate, rapidamente ganhando o apelido de Zvierboy (Caçador de Animais), devido à sua suposta capacidade de destruir todo o zoológico alemão de Tigers, Panthers e Elephants.
Com o início da ofensiva do Exército Vermelho no final de 1942, a necessidade de um canhão de assalto pesado tornou-se urgente. O desenvolvimento de uma arma desse tipo, baseada no chassi do tanque pesado KV-1S, começou imediatamente com o projeto KV-14, e em 14 de fevereiro de 1943 foi aceita para serviço como SU-152. A produção teve início em março em Chelyabinsk. O SU-152 provou ser muito popular em serviço. Seu projétil explosivo de 152 mm podia demolir quase qualquer ponto fortificado, e também podia disparar um projétil perfurante capaz de eliminar qualquer soldado alemão, embora suas chances de acertar o alvo a mais de 500-700 metros fossem mínimas.
De fato, o veículo provou ser tão útil que, quando a série KV saiu de produção, o conceito foi incorporado ao casco de seu sucessor, o IS. Um total de 704 unidades foram fabricadas.
