2С19 «Мста-С» разрабатывалась на замену в войсках гаубицы 2С3 «Акация». В начале 1980-х годов ГРАУ выдало КБ Уральского завода транспортного машиностроения (УЗТрМ) им. Я. М. Свердлова в Свердловске (Екатеринбург) новые требования на самоходную гаубицу калибра 152,4 мм.
Предполагалось унифицировать ходовую часть с уже стоявшими на вооружении танками Т-72 и Т-80. Артчасть предполагалась универсальной — для применения как на САУ, так и в буксируемой артиллерии.
Главным конструктором стал Юрий Васильевич Томашов. Основными разработчиками САУ под кодовым обозначением ГРАУ 2С19 были назначены: УЗТрМ (с 18 мая 2009 - ОАО «Уралтрансмаш») — разработчик шасси «Изделия 316» и машины в целом, Тульское КБ приборостроения — разработчик боевого отделения, КБ завода № 9 в Свердловске — качающейся части.
Первые серии новых самоходных гаубиц выпускались на заводе «Уралтрансмаш», позже специально для производства этих установок построили завод в г. Стерлитамаке (Башкирия).
Бронированный корпус САУ по конструкции и геометрии подобен корпусу танка Т-72, нижняя часть корпуса применением в подвеске торсионных валов и балансиров от танка Т-80. В корпусе смонтированы двигатель, трансмиссия, приводы управления и подвеска.
Ходовая часть САУ аналогична танковой (Т-80) и состоит (применительно к одному борту) из шести опорных катков, направляющего колеса с механизмом натяжения гусеницы, ведущего колеса со съёмными зубчатыми венцами и пяти поддерживающих роликов. Подвеска независимая с длинными торсионами, из-за чего соответствующие катки правого и левого бортов расположены не соосно (катки левого борта смещены вперёд на 110 мм). Гусеница шириной 580 мм, оснащённая резинометаллическими шарнирами и обрезиненной беговой дорожкой, тоже заимствована у Т-80.
Башня сварена из катаных броневых листов. В ней находятся: гаубица 2А64 с системой наведения и прицеливания, система автоматизированной подачи и хранения снарядов (включает в себя конвейер подачи снарядов с грунта, укладку 6ЭЦ19 с программируемой выдачей и исполнительный механизм координации углов с подачей снарядов от укладки к орудию), агрегат бортового питания АП-18Д с автономной системой питания, фильтровентиляционное оборудование, средства связи (внутренние телефонные, внешние проводные и радио) и система герметизации казённой части гаубицы, предотвращающая загазованность боевого отделения. Масса башни без боекомплекта — 13 500 кг.
Боекомплект расположен в башне. Он состоит из 50 выстрелов калибра 152 мм (стандартный набор — 20 ОФС и 30 АРС), а также 300 патронов для пулемёта. Масса боекомплекта составляет 2470 кг. Привод 2Э46 гаубицы электрический: по вертикали — автоматически, по горизонтали — от пульта управления.
Пулемётно-зенитная установка с дистанционным управлением и прицелом ПЗУ-5 (ПЗУ-7), смонтированная на командирской башенке и предназначенная для самозащиты от лёгких бронированных машин, вертолётов и самолётов, аналогична применяемой на танках Т-64А/Б/БВ и Т-80УД. Управляется она дистанционно из башни.
Члены экипажа переговариваются с помощью аппаратуры внутренней телефонной связи 1В116 на семь абонентов. Внешняя связь осуществляется с помощью УКВ-радиостанции Р-173 (дальность до 20 км).
К дополнительному оборудованию самоходки относятся: автоматическое ППО 3-кратного действия с аппаратурой управления 3ЭЦ11-2; две фильтровентиляционные установки; система самоокапывания, смонтированная на нижнем лобовом листе; ТДА, работающая от основного двигателя; система 902В «Туча» для стрельбы 81-мм дымовыми гранатами; два танковых дегазационных прибора (ТДП).