Разработанный нижегородскими конструкторами ОАО «ГАЗ» бронетранспортер напоминает несколько увеличенный БТР-80, однако имеет большие размеры и массу. Грузоподъемность машины возросла до 7 т, а внутренний объем - до 12 м3.
Сварной корпус выполнен из бронелистов увеличенной толщины, что в сочетании с рациональными углами их наклона обеспечивает надежную защиту от крупнокалиберных пуль и осколков артиллерийских снарядов. Значительно усилена противоминная защита бронетранспортера, выполненная с учетом опыта применения бронетехники в афганской войне. В частности, днище машины имеет V-образную форму, более стойкое к воздействию ударной волны, чем традиционное плоское.
Машина оснащена системой коллективной защиты боевого расчета (10 человек) от воздействия ударной волны ядерного взрыва, проникающей радиации, радиоактивной пыли, бактериологического оружия и отравляющих веществ. Для использования в регионах с жарким климатом БТР-90 может оснащаться кондиционером.
В передней части корпуса слева расположено сиденье водителя, а справа - старшего стрелка. Для вождения машины водитель располагает пятью наблюдательными перископическими приборами, обеспечивающими обзор по азимуту в пределах 180°. Два аналогичных прибора имеются у старшего стрелка. При движении на марше сиденье водителя может подниматься, при этом в плохих погодных условиях над водительским местом может устанавливаться защитный колпак, полностью закрывающий проем люка.
Командир машины вместе со стрелком-наводчиком располагаются во вращающейся башне.
Для ведения огня из их штатного оружия в бортах имеется по три бойницы с шаровыми опорами, которые закрываются герметическими бронезаслонками. Конфигурация передних бойниц, обеспечивающих возможность ведения огня и из ручных пулеметов РПК, позволяет стрелять вперед под углом в 45° к оси машины. Еще одна бойница расположена справа в передней части корпуса. Вторая по счету пара бойниц прорезана на верхних половинах двухстворчатых люков, служащих для посадки и высадки десанта. Нижние половины люков, как и у БТР-80, в откинутом положении облегчают покидание бронетранспортера на ходу, однако размеры самих люков больше, чем у предшественника. Используя половины люков как подножки, пехотинцы, стоящие в них, могут вести огонь из ПЗРК «Игла» или гранатометов.
БТР-90 оснащен многотопливным дизельным двигателем Челябинского завода с жидкостным охлаждением с турбонаддувом. Мощность дизеля, расположенного в корме машины, 510 л. с. Доступ к двигателю возможен как изнутри машины, так и через два крупногабаритных люка на крыше моторно-трансмиссионного отделения. Для предотвращения поражения зажигательными боеприпасами радиатор, расположенный у заднего броневого листа, защищен специальными крышками. В задней части машины находятся топливные баки, заправочные горловины которых выведены в кормовой лист. Для движения на плаву используются два водометных движителя.
Коробка передач - автоматическая гидромеханическая реверсивная. Поток мощности от двигателя распределяется на два параллельных потока по бортам машины. Посредством гидрообъемной передачи обеспечивается разность скоростей вращения по бортам, что позволяет в дополнение к повороту четырех передних колес выполнять разворот «по-танковому». В результате удалось вдвое уменьшить радиус поворота БТР-90 по сравнению с предшествующими машинами. В сочетании с возможностью движения БТР вперед и назад с одинаковой скоростью за счет реверсивной КПП удалось весьма существенно увеличить его маневренные характеристики.
Независимая торсионная подвеска всех колес на поперечных рычагах за счет большого хода, энергоемких телескопических гидроамортизаторов и широкопрофильных пулестойких шин с системой централизованного регулирования давления обеспечивает возможность движения по пересеченной местности со скоростью более 50 км/ч. При этом машина сохраняет подвижность даже при полном повреждении четырех из восьми колес.
БТР-90 - первый отечественный бронетранспортер, оснащенный бортовой информационно-управляющей системой (БИУС), обеспечивающей автоматизированное управление двигателем и трансмиссией, а также контроль и диагностику основных систем машины.
Опытный образец бронетранспортера оснащен мощным вооружением, включающим 30-мм автоматическую пушку 2А42 (боекомплект 500 патронов), 7,62-мм пулемет ПКТ (2000 патронов), 30-мм гранатомет АТС-17 (смонтированный снаружи башни, боекомплект - 400 выстрелов), а также ПТРК «Конкурс» (четыре ракеты с полуавтоматическим наведением по проводу). Углы наведения оружия по вертикали-5/+750, по горизонтали - 360°.