Корпус танка КВ-1 сваривался из катаных броневых листов, максимальная толщина которых достигала 75 мм. Башня изготавливалась в двух вариантах – сварном и литом. В свою очередь, сварных башен также было две – с прямоугольной и закругленной кормой. Максимальная толщина брони у сварных башен достигала 75 мм, у литых – 95 мм. В 1941 году толщину брони сварных башен довели до 105 мм путем установки 25-мм экранов, которые крепились при помощи болтов.
На танках первых выпусков устанавливалась 76-мм пушка Л-11, затем Ф-32 того же калибра, а с конца октября 1941 года – 76-мм пушка ЗИС-5. Последняя представляла собой вариант пушки Ф-34, приспособленный для установки в КВ. Кроме того, танк вооружался тремя пулеметами – спаренным, курсовым и кормовым. На части машин устанавливался и зенитный пулемет ДТ. Боекомплект состоял из 135 пушечных выстрелов и 2772 патронов к пулеметам. Танк был оснащен телескопическим прицелом ТОД-6, перископическим – ПТ-6 и командирской панорамой ПТ-К.
На КВ-1 устанавливался 12-цилиндровый четырехтактный V-образный дизель жидкостного охлаждения В-2К мощностью 500 л.с. (368 кВт) при 1800 об/мин. Трансмиссия включала в себя многодисковый главный фрикцион сухого трения, пятискоростную коробку передач тракторного типа весьма неудачной конструкции, многодисковые бортовые фрикционы, двухступенчатые планетарные бортовые передачи. Тормоза были ленточные, плавающие.
Ходовая часть танка применительно к одному борту состояла из шести опорных катков малого диаметра с внутренней амортизацией и трех обрезиненных поддерживающих катков. (С конца 1941 года на танки стали устанавливаться поддерживающие катки без резиновых бандажей – сказывался дефицит резины.) Ведущее колесо цевочного зацепления имело съемный зубчатый венец. Подвеска опорных катков – индивидуальная торсионная. Гусеница шириной 700 мм состояла из 87 – 90 траков с шагом 160 мм.
Максимальная скорость танка достигала 34 км/ч, а запас хода по шоссе – 250 км.
На КВ-1 устанавливалась радиостанция 71-ТК-3 (позже – 10Р) и танковое переговорное устройство ТПУ-4бис.
Боевая масса танка составляла 47,5 т, экипаж состоял из 5 человек.Основное отличие танка КВ-2 заключалось в установке новой башни больших размеров. Общая высота машины достигла 3240 мм. В башне, в маске закрытой снаружи броневым кожухом, были установлены 152-мм танковая гаубица М-10 обр.1938/40 года и спаренный с ней пулемет ДТ. В корме башни имелась дверца, рядом с которой в шаровой опоре размещался еще один ДТ. На танке сохранился также и курсовой пулемет в лобовом листе корпуса. Для стрельбы использовались телескопический прицел ТОД-9, перископический – ПТ-9 и командирская панорама ПТ-К. Боекомплект состоял из 36 выстрелов раздельного заряжания и 3087 патронов. Силовая установка, силовая передача, ходовая часть, электро– и радиооборудование остались такими же, как и на КВ-1. Танк КВ-2 был выпущен в ограниченном количестве, а после начала Великой Отечественной войны с 1 июля 1941 года его производство прекратили.