T-54型坦克系列在1945年发布，最初被称为T-44-100或T-44B，设计目的在于搭载100毫米D-10T型坦克炮，使其成为T-44系列的终极版本。坦克内部结构分为控制室、战斗室和动力舱，控制室位于前端，包括驾驶员、电气系统和弹药架；战斗室紧邻炮塔，便于携带更多弹药；动力舱位于后端，设备包括发动机、变速箱等，与T-44相比，除新增的100毫米炮弹弹药架外，基本保持一致。该型坦克采用改进版V2柴油发动机，功率520马力，通过“吉他”分动箱驱动五级变速箱，与T-34/T-44共享的负重轮和履带系统。T-54 M1945的悬架采用扭杆悬挂，炮塔配备TSh19型伸缩瞄准器和7.62毫米SG43型同轴机枪，以及12.7毫米德什卡机枪，主炮弹药总数为34发100毫米炮弹和3000发7.62毫米机枪子弹。坦克前部艏上装甲为90毫米，车体前部下腹部为45°倾斜60毫米装甲，炮塔形状类似于T-44，正面防护120毫米，侧面防护90毫米。1946年T54型（T-54 MODEL 1946或T-54-3~T-54-6）改进了早期型号，取消了T-34风格主动轮、履带，采用新履带及13齿形主动轮。车体装甲防护也得到了增强，艏上装甲厚度为120mm，车体下腹部装甲为120mm，车体侧面装甲增加到90毫米。炮塔装甲正面厚度200毫米，侧面装甲厚度165毫米。与1945年T54型相比，该型坦克与之前的型号几乎无异，除了增加了炮塔的正面与侧面防护。1946年T54型与库尔奇茨基上校负责的评估委员会发现了该型坦克的一些缺陷，包括需要减少战斗重量、使用新型转向机构、炮塔旋转地板、新型瞄准观测装置和减震装置。委员会还指出变速箱、扭力杆轴承材料强度不足，需要重新设计和更换新材料。1947年T54型（T-54 MODEL 1947，首批次量产型）解决了早期版本T-54设计中的大部分瑕疵，炮塔被重新设计，增加了正面与侧面防护。车体前部艏上装甲依旧为120毫米，但车体侧面装甲厚度减少到80毫米。铸造炮塔正面防护200毫米，侧面防护160-125毫米。重量也下降到34.9吨，采用可旋转机枪支架。T-54 M1947的内部燃料容量为530升，续航范围扩大到360~400公里。悬挂系统每侧位于第1和第5个负重轮之间加装了四个杠杆式减震器。V54型发动机在V2-44型的基础上增加了预热器，最高时速达到48公里。1949年T-54型（T-54 MODEL 1949）是T-54系列的第一个真正的“标准”型，相比于之前的型号进行了大量必要改进，更换了约1944个零部件，其中857个是新研制的。新炮塔为TSh20型瞄准镜和SG43型同轴机枪提供了端口，车顶德什卡防空机枪固定在装填手舱口处的内置可旋转支架。车长塔也进行了重新设计，更换了TPK-1型潜望镜和其他辅助观瞄设备。1949年T-54型坦克的改进包括PPO灭火系统的改进、发动机空气加热器的使用、改进的主离合器、驾驶员舱口设计的改变以及挡泥板上部轨道防卫机枪的替换。坦克仍然携带3000发SG-43型机枪用7.62毫米弹药、200发12.7毫米德什卡机枪用弹药。过去的车载电台10RT26型升级为10RT26Eh型，提供了更清晰的语音传输，但仍属于高频AM型，作用距离较短且容易受到天气干扰。
