Самоходная установка КВ-7 была спроектирована в ноябре 1941 г. по инициативе конструкторского бюро ЧКЗ в Челябинске и конструкторского бюро УЗТМ в Сверлдовске под общим руководством Ж. Я. Котина. Проектирование установки вооружения от УЗТМ вели К. Н. Ильин и Г. С. Ефимов, от ЧКЗ - Г. Н. Москвин. Ведущим инженером машины был Л. Е. Сычев. Машина создана на базе тяжёлого танка КВ-1 с двумя вариантами артиллерийского вооружения. Первый опытный образец установки вооружения был изготовлен УЗТМ в декабре 1941 г. и прошёл испытания отстрелом на стенде. Окончательная сборка машины была выполнена на ЧКЗ в начале 1942 г. Это была первая тяжёлая самоходная установка в нашей стране во время Великой Отечественной войны. На вооружение и в серийное производство машина не принималась.

Самоходная установка разрабатывалась как артиллерийская машина сопровождения танков с большой скорострельностью основного оружия. Она относилась к типу полностью за крытых самоходных установок и представляла собой модификацию танка КВ-1, отличаясь от него в основном отсутствием вращающейся башни, установленным вооружением, боекомплектом, броневой защитой, численностью экипажа и меньшей высотой машины. Схема компоновки самоходной установки КВ-7 предусматривала переднее размещение отделения управления. Боевое отделение занимало среднюю часть корпуса машины и броневую рубку. В кормовой части корпуса располагалось моторное отделение, за ним - трансмиссионное. Экипаж установки состоял из шести человек. Meханик-водитель располагался в центре отделения управления по продольной оси машины. Слева от него размещался стрелок-радист. В боевом отделении слева от орудий размещался наводчик, за ним первый наряжающий, справа от орудий впереди - командир машины, за ним второй заряжающий. Для наблюдения за полем боя использовались шесть призменных смотровых приборов, установленных на крыше броневой рубки и имевших броневое прикрытие. У механика-водителя имелся смотровой лючок со стеклоблоком, закрывавшийся броневой крышкою со смотровой щелью. Кроме того, у механика-водителя и стрелка-радиста в крыше отделения управления дополнительно устанавливались два призменных смотровых прибора. Посадка и выход экипажа производились через два круглых люка, закрывавшихся броневыми крышками и располагавшихся в кормовой части крыши броневой рубки. В днище корпуса за сиденьем механика-водителя находился запасный (аварийный) люк.

Первоначально в неподвижной броневой рубке монтировались в одном блоке 76,2-пушка Ф-34 и две 45-мм пушки обр. 1932/34 гг. Орудийный блок артиллерийских систем имел заводской индекс У-13. Общая люлька с полозками и гнездами для крепления противооткатных устройств всех трех орудий имела возможность вращаться на горизонтальных цапфах, закреплённых в специальной массивной рамке . В свою очередь, рамка имела возможность с помощью поворотного механизма горизонтально вращаться на вертикальных цапфах, скреплённых в неподвижной бронировке, установленной на корпусе машины. Таким образом, наводка всех трёх орудий производилось одновременно одними механизмами наведения. Впервые применённая на этой машине рамочная конструкция установки орудий, впоследствии использовалась почти на всех советских самоходных установках. Она по сравнению с тумбовыми установками обеспечивала наиболее компактное размещение орудия внутри броневой рубки. Углы вертикальной наводки строенной установки оружия составляли от —5 до + 15°, горизонтальной — в секторе 15°. Система управления огнём позволяла вести стрельбу залпом из трех или двух пушек, а также одиночную стрельбу из каждой пушки. При стрельбе из пушек использовался телескопический прицел ТМФД-7. Боевая скорострельность строенной установки пушек достигала 12 выстрелов в минуту. В качестве вспомогательного оружия использовались два 7,62-мм пулемёта ДТ, установленные в шаровых опорах, один - в лобовом листе корпуса у стрелка-радиста, второй — тыльный, в кормовом листе броневой рубки. Еще один пулемёт ДТ — запасной, укладывался в боевом отделении и при необходимости мог использоваться как зенитный. Боекомплект установки состоял из 93 выстрелов калибра 76,2 мм, 200 выстрелов калибра 45 мм и 3591 патрона (57 дисков) к пулемётам ДТ.

Броневая защита — противоснарядная, изготовленная из броневых катаных листов толщиной 30, 60 и 75 мм. Лобовой и бортовые листы рубки, а также лобовые листы корпуса имели рациональные углы наклона. Кроме того, лобовые листы корпуса и броневой рубки были усилены 20-мм броневыми экранами. Подвижная бронировка пушек имела толщину 100 мм. Зазор между подвижной бронировкой пушек и корпусом машины был защищён броневым прикрытием. Борта корпуса — вертикальные. В крыше отделения управления справа имелось отверстие, закрытое броневой крышкой, для доступа к заправочной горловине переднего топливного бака. Кормовая часть корпуса состояла из двух броневых листов верхнего и нижнего закруглённой формы, приваренных к бортовой броне корпуса. В средней части верхний лист перекрывал нижний, ооразуя тем самым карман для выхода охлаждающего воздуха из моторного и трансмиссионного отделений. Для защиты от попадания посторонних предметов карман закрывался проволочной сеткой. Крыша броневой рубки - съёмная, крепившаяся к лобовому, бортовым и кормовому листам рубки с помощью болтов. В крыше рубки помимо двух люков и отверстий под смотровые приборы имелись два отверстия, одно — в центре под установку вентилятора боевого отделения, прикрытое броневым колпаком, второе - впереди слева, закрытое броневой крышкой, для доступа к заправочной горловине топливного бака, установленного в боевом отделении у левого борта рубки. Крыша над моторным и трансмиссионным отделениями состояла из двух съёмных броневых листов, крепящихся к корпусу САУ болтами. Лист крыши над моторным отделением в центральной части имел люк для доступа к двигателю, закрытый броневой крышкой, а также лючок с броневой крышкой, для заливки воды в систему охлаждения двигателя. По краям листа вдоль бортов корпуса имелись два прямоугольных отверстия для доступа охлаждающего воздуха к двигателю машины, закрытые сверху защитными сетками. В задней части листа были сделаны два отверстия для прохода выхлопных труб, над которыми устанавливались броневые прикрытия. Задний броневой лист имел два круглых люка для доступа к узлам и агрегатам трансмиссии, которые закрывались откидными броневыми крышками на петлях. Днище корпуса было сварено из двух броневых листов и имело люки и отверстия, закрываемые броневыми крышками и пробками.

В моторном отделении вдоль продольной оси корпуса устанавливался дизель В-2К мощностью 600 л.с. (441 кВт). Пуск двигателя производился с помощью двух электростартеров СМТ-4628 мощностью 6 л.с. (4,4 кВт) или сжатого воздуха из двух воздушных баллонов ёмкостью 5 л каждый. Ёмкость основных топливных баков составляла 600 - 615 л. Запас хода установки по шоссе на основных топливных баках достигал 225 км.

В трансмиссионном отделении размещалась механическая трансмиссия, состоявшая из многодискового главного фрикциона сухого трения сталь по феродо; пятиступенчатой коробки передач, обеспечивавшей пять передач переднего и одну передачу заднего хода; двух многодисковых бортовых фрикционов сухого трения (сталь по стали) с плавающими ленточными тормозами с накладками феродо и двух комбинированных бортовых редукторов. Приводы управления трансмиссией — механические. Комбинированный двухрядный бортовой редуктор имел простую шестеренчатую передачу и эпициклический планетарный ряд.

В систему подрессоривания входила индивидуальная торсионная подвеска и ограничители хода опорных катков. В состав гусеничного движителя входили два ведущих колеса кормового расположения со съёмными зубчатыми венцами цевочного зацепления с мелкозвенчатыми штампованными гусеницами, два направляющих колеса с винтовыми механизмами натяжения гусениц, шесть двухскатных поддерживающих и двенадцать двухскатных опорных цельнометаллических катков диаметром 600 мм. Ширина трака гусеницы составляла 700 мм.

Электрооборудование самоходной установки было выполнено по однопроводной схеме, за исключением аварийного освещения (двухпроводное). Напряжение бортовой сети составляло 24 В. В качестве источников электроэнергии использовались четыре аккумуляторные батареи 6СТЭ-144, соединенные последовательно-параллельно общей ёмкостью 288 А•ч, а также генератор ГТ-4563А мощностью 1 кВт с реле-регулятором РРА-4576А. В состав потребителей электроэнергии входили: два электростартёра СМТ-4628А с пусковым реле РРТ-4576А, электросигнал СЗ-4732А, приборы внутреннего и наружного освещения, а также контрольно-измерительные приборы.

На опытном образце средства радиосвязи не устанавливались.

Проведённые испытания самоходной установки показали, что прицельная стрельба залпом оказалась невозможной, так как для орудий различных калибров требовались разные прицелы. Кроме того, при стрельбе из одной из крайних пушек сбивалась наводка в горизонтальной плоскости, так как ось бокового орудия находилась на значительном расстоянии от оси блока орудий.

Технический недостаток машины с неодинаковым калибром сблокированных орудий был устранён во втором опытном образце самоходной установки КВ-7 со спаренной установкой двух 76,2-мм танковых пушек ЗИС-5, изготовленной УЗТМ. Монтаж спаренной установки был выполнен в том же корпусе самоходной установки КВ-7. Состав экипажа остался прежним.

Установка оружия (заводской индекс У-14) была разработана в конструкторском бюро УЗТМ в январе 1942 г. конструкторами Н. В. Куриным, Г. Ф. Ксюниным и др. Опытный образец машины был изготовлен на ЧКЗ (заводское обозначение "Объект 227" и испытан стрельбой в апреле 1942 г. Усовершенствованный образец установки в серийное производство и на вооружение не поступил.

Блок орудий ЗИС-5 был установлен в общой люльке, которая вращалась в рамке аналогичной конструкции и имела те же углы наводки. Огонь мог вестись одновременным залпом из двух орудий или одиночными выстрелами из любой пушки. Скорострельность спаренной установки орудий достигала 15 выстрелов в минуту. Начальная скорость бронебойного снаряда составляла 680 м/с. Пулемётное вооружение на машине было сохранено. В боекомплект входили 150 выстрелов к пушкам, 2646 патронов (42 диска) к пулеметам ДТ и 30 ручных гранат Ф-1.

Силовая установка, трансмиссия, ходовая часть и электрооборудование существенных изменений по сравнению с применявшимися на танке KB-1 не претерпели. Запас хода самоходной установки по шоссе достигал 250 км.

Увеличение скорострельности не компенсировало недостаточную бронепробиваемость 76,2-мм пушек для борьбы с появившимся новым немецким танком PzKpfw VI Ausf H "Тигр I". В годы войны установка двух орудий среднего калибра в башне или корпусе на советских танках и самоходных установках больше не осуществлялась.