Кузов был выполнен несущим, то есть не имел отдельной рамы, которая может быть конструктивно отделена от кузова. Силовые элементы, аналогичные раме, были включены в структуру кузова и закреплены сваркой, что в общем случае дает некоторое преимущество в массе конструкции, хотя в данном случае этот момент выглядит достаточно спорным.
Под капотом ГАЗ 12 располагался 6-цилиндровый нижнеклапанный двигатель типа Dodge D5 (лицензия на производство под маркой ГАЗ-11 была закуплена еще до Великой Отечественной Войны) объёмом 3.5 литра, мощность которого составляла 90 л.с. при 3800 оборотах в минуту. Что касается трансмиссии, то здесь устанавливалась трёхступенчатая механическая коробка передач с синхронизаторами на второй и третьей передачах и гидромуфтой - агрегат трансмиссии, располагавшийся между двигателем и сцеплением, и представлявший из себя картер, заполненный специальным маслом, в котором вращались не связанные друг с другом механически два ротора в форме половины тороида, разделенные лопатками на 48 отсеков (насосный ротор, игравший роль маховика) и 44 отсека (турбинный ротор, к нему крепился облегченный маховик и обычное фрикционное сцепление). Гидромуфта давала автомобилю немало преимуществ. Автомобиль мог стартовать с любой передачи из имеющихся трех, заводской инструкцией рекомендовалось трогаться со второй передачи, а первую использовать только в тяжелых дорожных условиях и на подъемах.
К окончанию своего выпуска в 1959 году (базовый седан), ЗиМ успел окончательно устареть и технически, и внешне. Агрегатная часть, однако, могла считаться устаревшей еще в начале 1950х, так как нижнеклапанный двигатель и механическая КПП (на машине такого класса) стремительно вытеснялись верхнеклапанными двигателями и автоматическими КПП.
Производство ГАЗ 12 «ЗиМ» в кузове седан было завершено в 1959 году, а санитарная версия с дополнительной задней дверью выпускалась ещё до 1960 года, после чего также была снята с производства.
