В 1939 году на Выксунском заводе на базе трехосного грузового автомобиля ГАЗ-21 был создан бронеавтомобиль БА-21. При возросшей за счет усиления бронезащиты боевой массе применение колесной формулы 6×4 обеспечило меньшую удельную нагрузку на грунт и более высокую проходимость, чем у двухосного броневика БА-20, габаритные размеры и конфигурация башни и корпуса новой бронемашины остались практически такими же.

Бронеавтомобиль БА-21 был построен по компоновочной схеме с передним расположением двигателя и задним — боевого отделения передние колеса являлись управляющими при двух ведущих задних осях. Полностью закрытый цельносварной корпус БА-20 изготавливался из листов катаной стали различной толщины, которые повсюду устанавливались с рациональными углами наклона. Бронировка бортов, лобовой проекции и кормы имела толщину 11 мм, но передние и задние бронелисты имели значительно больший угол наклона что повышало их пулестойкость.

Крыша и днище бронемашины выполнялись из 6-мм листов катаной стали. В целом такая бронировка обеспечивала надежную защиту экипажа состоявшего из трех человек, от обычных пуль выпущенных с расстояния 80-100 м, а также мелких осколков снарядов и мин. Для входа и выхода экипажа из машины в бортах имелись прямоугольные двери с внутренними петлями открывавшиеся вперед. В нижней части кормового бронелиста имелся кронштейн на котором крепились запасные колеса.

В отделении управления расположенном за моторным отсеком слева располагалось сиденье водителя. Обзор ему обеспечивало лобовое окно, оборудованное бронекрышкой со смотровой щелью и смотровая щель в левой бортовой двери. Справа от водителя сидел командир машины. Перед ним в лобовом листе корпуса в шаровой установке был смонтирован 7,62-мм пулемет ДТ. Помимо стрельбы из пулемета ему приходилось поддерживать связь при помощи радиостанции 71-ТК-1, штыревая антенна которой была смонтирована у правого борта перед лобовым листом корпуса. Вести наблюдение за местностью командир мог через небольшую смотровую щель, расположенную между шаровой установкой пулемета и окном водителя для дополнительного обзора имелась смотровая щель в правой двери. Все смотровые щели были оборудованы пуленепробиваемыми приборами наблюдения ПТ-К.

На крыше задней части корпуса была установлена коническая башня кругового вращения с маленьким бронекуполом, являвшимся крышкой башенного люка и при открывании откидывавшимся назад. В лобовом листе башни с небольшим смещением вправо в шаровой установке был смонтирован 7,62-мм пулемет ДТ, наводившийся на цель в вертикальной плоскости в секторе от -13° до +23°. Для ведения прицельной стрельбы из пулемета использовался прицел типа М. Башня поворачивалась усилиями стрелка, сидевшего на вращающемся сиденье, закрепленном на полу машины, в походном положении башня фиксировалась тремя стопорами, установленными по периметру ее погона.

В передней части корпуса в моторном отсеке был установлен четырехцилиндровый рядный карбюраторный двигатель жидкостного охлаждения ГАЗ М1, развивавший мощность 36,7 кВт (50 л. с.), что позволяло 3,24-тонной бронемашине двигаться по дорогам с твердой поверхностью с максимальной скоростью 52 5 км/ч. При полной заправке топливных баков емкостью 100 л БА 21 мог пройти 340-400 км.

Доступ к двигателю и его узлам с целью ремонта и текущего обслуживания обеспечивали откидывавшиеся вверх эксплуатационные люки в бортах моторного отсека. В переднем бронелисте последнего, выштампованном в форме широкой буквы V, имелись две подвижные створки на шарнирных петлях, которые регулировали приток охлаждающего воздуха к радиатору и двигателю. В боевой обстановке бронестворки закрывались, чтобы предотвратить повреждение радиатора пулями и осколками снарядов и мин.

В неполноприводной (6×4) ходовой части с усиленной подвеской на полуэллиптических листовых рессорах использовались односкатные колеса с пулестойкими шинами ГК, заполненными губчатой резиной. Передние и задние колеса прикрывали крылья обтекаемой формы, которые внизу смыкались с подножкой образуя с ней единое целое. Для движения в темное время суток бронемашина была оборудована фарами, установленными на передних крыльях по обе стороны от лобового листа моторного отсека. По проходимости БА-21 значительно превосходил двухосные образцы но уступал им по скоростным данным и надежности.