Impulsem do skonstruowania lekkiego uniwersalnego samochodu terenowego stało się opracowanie w USA samochodu terenowego o prostym nadwoziu Bantam BRC (z którego wywodził się późniejszy jeep Willys MB). W styczniu 1941 roku komisarz ludowy średniego przemysłu maszynowego W. Małyszew zlecił głównemu konstruktorowi GAZ-61 inż. Witalijowi Graczowowi skonstruowanie własnego samochodu na wzór Bantama. Wbrew potocznym opiniom, radziecka konstrukcja nie była w żaden sposób oparta na amerykańskiej, do której wówczas Rosjanie nie mieli dostępu, a znana była jedynie z informacji prasowych. Wzorowano się jedynie na ogólnym układzie konstrukcyjnym i formie otwartego utylitarnego nadwozia, a samochód miał zbliżone wymiary, w tym narzucony przez Małyszewa wąski rozstaw kół około 1250 mm. Inny był w szczególności kształt ramy nośnej i budowa resorów.
Konstrukcję samochodu GAZ-64 opracowano i zbudowano prototyp w ciągu 51 dni – od 3 lutego do 25 marca 1941 roku. Główne elementy podwozia i przeniesienia napędu z osiami, układem kierowniczym, mostami napędowymi i jednostopniowym reduktorem, wywodziły się z samochodu terenowego GAZ-61, lecz podwozie zostało znacznie skrócone. Zmniejszono też rozstaw kół.