Первые версии автомобиля ГАЗ 3102 оснащались форкамерно-факельным двигателем ЗМЗ-4022.10 (топливо поджигалось не непосредственно свечкой, а факелом раскаленных газов, вырывающимся в камеру сгорания из специальной форкамеры) с трехкамерным карбюратором (К-156) объёмом 2.5 литра. Мощность такого мотора составляла 105 л.с. К 1990-м годам форкамерный силовой агрегат ЗМЗ-4022.10 сменил ЗМЗ-402 традиционной конструкции. Стоит отметить, что модель 3102 является первым автомобилем из «Волг», на который был установлен форкамерный двигатель. Но не только двигатель был новинкой в техническом оснащении. Модель ГАЗ 3102 первая из своего семейства была оснащена дисковыми четырёхпоршневыми передними тормозами. Что касается трансмиссии, то первоначально автомобиль оснащался 4-ступенчатой механической коробкой передач.
В 1997 году модель ГАЗ 3102 претерпела некоторые изменения, которые затронули как техническую часть автомобиля, так и его интерьер. Седан получил новую 5-ступенчатую механическую коробку передач, а также карданный вал с промежуточной опорой, неразрезной задний мост, гидроусилитель руля, передние вентилируемые дисковые тормоза «Lucas» и 15-дюймовые колеса. В салоне автомобиля обновлениям подверглась приборная панель, а сиденья были позаимствованы у модели ГАЗ 3110. Но самое основное это то, что в стандартной комплектации ГАЗ 3102 стал оснащаться четырехклапанным двигателем ЗМЗ-4062.10 объёмом 2.3 литра. Его мощность составила 130 л.с. при 5200 оборотах в минуту. Также автомобиль мог быть оснащён и прежним мотором ЗМЗ-402.10 объёмом 2.5 литра. Существовала и специальная версия 3102-500, которая оснащалась силовым агрегатом ЗМЗ-4064.10 мощностью 200 л.с..
В 2003 году автомобили ГАЗ 3102 стали оснащаться бесшкворневой передней подвеской и стабилизатором поперечной устойчивости в задней подвеске. Из внешних изменений можно отметить новые более удобные ручки дверей.
В 2005 году интерьер ГАЗ 3102 был изменён. Автомобиль получил новый салон, который был позаимствован у модели ГАЗ 31105.
На сегодняшний день модель ГАЗ 3102 «Волга» продолжает выпускаться. По планам компании она будет снята с производства, как только в России будет принят стандарт Евро 3, так как переоборудование автомобиля будет не выгодным.