Боекомплект состоял из 21 выстрела раздельного гильзового заряжания с бронебойно-трассирующими остроголовыми снарядами БР-540, осколочно-фугасными пушечными и стальными гаубичными гранатами ОФ-540 и ОФ-530, осколочными гаубичными гранатами из сталистого чугуна О-530А. Бронебойнотрассирующие снаряды находились в нише боевой рубки с левой стороны в специальных рамках, осколочно-фугасные гранаты — там же, гильзы с боевыми зарядами в нише рубки в специальных рамках и в хомутиковой укладке. Часть гильз с боевыми зарядами размещалась на днище под орудием. Начальная скорость бронебойного снаряда при массе 48,78 кг составляла 600 м/с, на дальности 1000 м он пробивал броню толщиной 123 мм.
На части машин с октября 1944 года на вращающемся погоне командирского люка стала устанавливаться зенитная турель с 12,7-мм пулеметом ДШК обр.1938 г. Боекомплект к пулемету составлял 250 патронов. Кроме того, в боевом отделении укладывались два пистолета-пулемета ППШ (позже — ППС) с боекомплектом 1491 патрон и 20 ручных гранат Ф-1.
Силовая установка и трансмиссия были заимствованы у танка ИС-1 (ИС-2). На ИСУ-152 устанавливался 12-цилиндровый четырехтактный дизель В-2ИС (В-2-10) мощностью 520 л.с. при 2000 об/мин. Цилиндры располагались V-образно под углом 60°. Степень сжатия 14 — 15. Масса двигателя 1000 кг.
Общая емкость трех топливных баков составляла 520 л. Еще 300 л перевозилось в трех наружных баках, не подключенных к системе питания. Подача топлива принудительная, с помощью двенадцатиплунжерного топливного насоса высокого давления НК1.
Система смазки — циркуляционная, под давлением. В бак встроен циркуляционный бачок, обеспечивавший быстрый прогрев масла и возможность пользоваться методом разжижения масла бензином.
Система охлаждения — жидкостная, закрытая, с принудительной циркуляцией. Радиаторов — два, пластинчатотрубчатых, подковообразной формы, установленных над центробежным вентилятором.
Для очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, на танке устанавливались два воздухоочистителя марки ВТ-5 типа «мультициклон». В головки воздухоочистителей были встроены форсунки и запальные свечи для подогрева всасываемого воздуха зимой. Кроме того, для подогрева охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя использовались фитильные обогреватели, работавшие на дизельном топливе. Эти же обогреватели обеспечивали и обогрев боевого отделения машины на длительных стоянках.
Пуск двигателя осуществлялся инерционным стартером, имевшим ручной и электрический приводы, или с помощью баллонов со сжатым воздухом.
Трансмиссия САУ включала в себя многодисковый главный фрикцион сухого трения (сталь по ферродо), четырехступенчатую восьмискоростную коробку передач с демультипликатором, двухступенчатые планетарные механизмы поворота с многодисковым блокировочным фрикционом и двухступенчатые бортовые передачи с планетарным рядом.
Ходовая часть САУ применительно к одному борту состояла из шести сдвоенных литых опорных катков диаметром 550 мм и трех поддерживающих катков. Ведущие колеса заднего расположения имели два съемных зубчатых венца с 14-ю зубьями каждый. Направляющие колеса — литые, с кривошипным механизмом натяжения гусениц, взаимозаменяемые с опорными катками. Подвеска — индивидуальная торсионная. Гусеницы стальные, мелкозвенчатые, из 86 одногребневых траков каждая. Траки штампованные, шириной 650 мм и шагом 162 мм. Зацепление цевочное.