當蘇軍裝備T-62主戰坦克之後，其坦克技術在綜合實力上實際已經超過了大部分西方坦克，不論是美國的M60還是西德的豹1，但在面對英軍的酋長式主戰坦克的時候，T-62出現了不足：儘管酋長式主戰坦克的機動性差勁，但其卻裝備有更厚的裝甲和效能更好的120毫米線膛炮，120毫米線膛炮配合精密火控系統使得其射擊精度更高。
蘇聯人的憂慮不是毫無道理的，兩伊戰爭中伊朗的酋長式主戰坦克儘管在近戰中不是機動靈活的伊拉克T-62主戰坦克的對手，但在遠距離對戰中，尤其是1500米以上的對戰中，卻能夠準確給T-62坦克點名。
考慮到西方主戰坦克的發展，為了保持蘇軍主戰坦克的技術先進性，蘇聯將研發新一代主戰坦克的任務交給了大名鼎鼎的莫洛佐夫設計局，該設計局曾經設計了大名鼎鼎的T-54主戰坦克，位於烏克蘭哈爾科夫，這也是如今為何烏克蘭軍隊大量裝備T-64主戰坦克的緣故。
蘇聯設計師在設計T-64主戰坦克的時候，其設計思想發生了重大變化，以往的蘇聯坦克都是追求效能與可靠性、價格的綜合平衡，但為了保持技術優勢，在T-64主戰坦克上採用了諸多新技術，初期型號雖然採用了T-62主戰坦克上的115毫米滑膛炮，但由於獲得了伊朗叛逃的M60主戰坦克，發現其安裝的105毫米線膛跑威力超出了115毫米滑膛炮，很快就換裝了威力更大的125毫米滑膛炮；
T-64主戰坦克的火控系統在那個時代來說堪稱豪華，除了鐳射測距儀之外，還安裝有模擬式彈道計算機等高階貨，在當時已經超越了西方坦克；
行動裝置不再是傳統的五對負重輪，改成了液氣式懸掛和扭杆彈簧，車體每側有6個小直徑雙輪緣負重輪，有4個單輪緣託帶輪；
車體採用焊接裝甲，炮塔則是整體鑄造加頂部焊接結構，後期型號配備有反應式附加裝甲。
值得注意的是，T-64主戰坦克是蘇聯第一款三人車組的主戰坦克，很多人誤以為採用自動裝彈機是為了提高射速，事實上在短時間內自動裝彈機的裝填速度比不上人工，採用裝彈機的原因主要還是減少裝填手，縮小炮塔體積和正面投影，至於這帶來的人員減少導致維護工作繁重則沒有被考慮在內。
T-64主戰坦克使用了太多的新技術，這些新技術在提高效能的同時，也顯示出了可怕的可靠性問題，這與以往的蘇聯武器表現大大不同，其履帶不僅壽命短還容易脫落，自動裝彈機、二衝程柴油機和液氣懸掛裝置的故障層出不窮，長期難以形成戰鬥力，蘇聯不得不利用技術設計了低檔的T-72主戰坦克。西方長期只知道T-72的可怕，卻不知道T-64更為可怕，直到1976年蘇軍駐德西部叢集裝備了T-64之後才知道還有一款比T-72更可怕的坦克。
為了保持技術優勢，T-64主戰坦克只裝備了蘇軍，沒有對外出口，參加了第一次車臣戰爭和德涅斯特河戰爭，如今在也是烏克蘭軍隊的主力坦克之一。
有意思的是，在大約80年前後，中國似乎曾經獲得了T-64主戰坦克，在官方報道中曾經提到，99式主戰坦克副總設計師王哲榮曾還主持完成引進專案“64式坦克”復裝、試驗和對其設計思想、技術特點的分析，並編譯出版了《64式坦克技術說明與使用指南》上中下三冊。考慮到當時中蘇之間的嚴重對立，不禁讓人十分好奇是如何獲得這輛64式坦克的。
