1963年时，M109自行榴弹炮开始服役，这种初期搭载23倍径M126型155毫米榴弹炮的武器除了发射常规炮弹之外，还能发射战术核炮弹，俨然化身成战略威慑级装备，它能以常规武器的名义出售到其他国家，必要的时候又具备变身核武的可能性，作为回应，苏联随后针对性的研制了2S3自行榴弹炮。


2S3的研制工作起源于1968年，它的底盘采用GM系列通用底盘改进而来，该系列底盘被用于自行防空导弹发射车等装备。它的发动机舱位于车体右前方，驾驶员在左侧，战斗室设置在后方。

一台V-59 520马力的V-12水冷柴油发动机提供动力，变速箱有6个前进档和2个倒档，6对负重轮采用扭杆悬挂，并且在第一、二、六对负重轮上安装了液压减震器，主动轮在前，导引轮在后。


一门D-22型152毫米榴弹炮安装在后部的旋转炮塔内，该炮是从D-20榴弹炮改进而来，拥有27倍径身管，安装双室制退器，半自动垂直楔式后膛，火炮可以直瞄射击，其瞄准镜也支持这一点，配备的破甲弹可以执行反装甲作战。使用的弹种很丰富，除了榴弹之外，还能使用AP、HEAT、烟雾弹、照明弹、火箭助推榴弹、战术核炮弹等弹药，其中AP弹能在1000米距离上击穿约120毫米厚的均质钢装甲，HEAT可以击穿约250毫米厚的均质钢装甲。

火炮拥有-4°~60°的俯仰角，可随炮塔进行360°旋转，最大战斗射速大约每分钟4发，短时间连续射击需降低射速到2发每分钟或者更低，初期型号车上携带35发炮弹，后期的型号增加到46发。火炮的最大射程为18.5千米，如果使用火箭增程弹将提升到24千米。车长舱口位于炮塔左侧顶部，外面有一挺7.62毫米PKT机枪，可用于防空和自卫射击。

2S3拥有全封闭式的防护装甲，装甲板为焊接，车体正面和炮塔正面装甲厚30毫米，侧面和后面等区域装甲板厚15毫米，车内有三防系统，可在核、生、化条件下作战。


对于装填手而言，操作2S3是一件费力的事，它的HE炮弹重量就达到了43.56千克，又缺少自动装弹机等设备。全车车组4人，分别是驾驶员、车长、炮手和装填手，需要持续作战时会额外增加2两人，这两人站在车后通过舱门向车内输送炮弹，前提是现场有弹药补充，这样可以减少车内弹药的消耗。


2S3有6个子型号，相关改进工作一直持续了多年，2000年开发的2S3M2-155还更换了155毫米主炮，进一步提升了战斗力。

除了苏军装备，俄罗斯军队在90年代和本世纪初期也曾较多地出口它，先后有超过20个国家或地区装备它，总产量超过2000，是一款高产的自行火炮。作为上世纪70年代就开始服役的装备，参与的实战当然也不少，例如阿富汗战争、车臣战争、两伊战争等，至今仍有不少国家装备。


2S3自行榴弹炮作战重量28吨，车长8.4米（炮管向前），宽3.25米，高3.05米，车辆最大公路速度63千米每小时，最大越野速度45千米每小时，最大行程500千米，车组4人。