В довоенный период Горьковский автомобильный завод был основным поставщиком шасси для лёгких пулемётных автомобилей ФАИ, ФАИ-М, Ба-20 и их модификаций. Основным недостатком этих машин была их низкая проходимость по пересечённой местности, а их бронекорпуса не отличались высокими защитными свойствами.
Начало Великой Отечественной войны застало сотрудников Горьковского автозавода за освоением производства легкового армейского автомобиля повышенной проходимости ГАЗ-64, разработанного под руководством ведущего конструктора В. А. Грачева в начале 1941 года. Учитывая накопленный в 30-х годах опыт создания двухосных и трехосных шасси для бронемашин, горьковчане решили изготовить для Действующей армии легкий пулеметный бронеавтомобиль на базе ГАЗ-64.
Руководство завода поддержало инициативу Грачева, и уже 17 июля 1941 года начались конструкторские работы. Компоновку машины вел инженер Ф. А. Лепендин, ведущим конструктором назначили Г. М. Вассермана. Проектируемый бронеавтомобиль и внешне, и по боевым возможностям резко отличался от прежних машин этого класса. Автостроителям пришлось принять во внимание новые тактико-технические требования к броневикам, возникшие на основе анализа боевого опыта. Их предстояло применять для командирской разведки, при управлении боем, в борьбе с авиадесантами, при сопровождении автоколонн и противовоздушной обороне танков на марше. Также, определённое влияние на конструкцию новой машины оказало знакомство заводчан с немецким трофейным бронеавтомобилем (предположительно Sd Kfz 221), который был доставлен на ГАЗ 7 сентября, для детального изучения.

Несмотря на то, что конструкторам Ю. Н. Сорочкину, Б. Т. Комаревскому, В. Ф. Самойлову и другим впервые пришлось проектировать бронекорпус, они, учтя опыт предшественников, успешно справились с заданием. Все бронелисты (разной толщины) были расположены с наклоном, что существенно повышало стойкость сварного корпуса при попаданиях в него бронебойных пуль и крупных осколков. В этом отношении новая машина превосходила даже довоенные отечественные тяжелые бронеавтомобили и аналогичные немецкие, несмотря на то, что была легче и компактнее их. Однако, до предела "ужав" корпус, конструкторы были вынуждены проявить немало изобретательности, чтобы рационально разместить в нем экипаж. Водитель находился по центру машины, а за ним, несколько выше, располагался командир, он же стрелок-пулеметчик.

Работа над "заводским изделием 64-125" шла быстро - уже в конце ноября закончили сварку бронекорпуса, а 9 января 1942 года бронеавтомобиль, получивший марку БА-64, опробовали на ходу. 3 марта состоялся показ БА-64. 9 марта выпустили приказ о проведении доработок по БА-64, а 14 марта вышло постановление ГКО о принятии БА-64 на вооружение Красной армии.
К маю 1942 года первые три ВА-64 вышли на государственные испытания, а уже летом серийные броневики приняли участие в боевых действиях на Брянском, Воронежском фронтах и позднее - под Сталинградом.
БА-64 был первым отечественным бронеавтомобилем со всеми ведущими колесами, благодаря чему он успешно преодолевал на твердом грунте подъемы свыше 30°, броды глубиной до 0,9 м и скользкие косогоры с уклоном до 18°. Машина не только хорошо ходила по пашне и песку, но и уверенно трогалась с
таких грунтов после остановки. Характерная особенность корпуса - большие свесы впереди и сзади облегчали БА-64 преодоление канав, ям и воронок. Живучесть броневика увеличивали пулестойкие шины ГК (губчатая камера). Впервые водитель располагал сменным смотровым блоком пуленепробиваемых стекол. Два таких же блока были вмонтированы и в боковые стенки башни. В башне размещалась универсальная стрелковая установка, позволявшая вести из пулемета ДТ (боекомплект 1260 патронов) круговой обстрел наземных целей на дистанции до 1 тыс. м и воздушных - на высоте до 500 м.
Часть машин была оборудована приёмо-передающими радиостанциями РБ-64 или 12-РП.

Параллельно с серийным производством завод продолжал совершенствовать конструкцию и создавать новые модификации БА-64. Для охраны бронепоездов и разведки на местности с развитой железнодорожной сетью броневик пробовали поставить на рельсы. В декабре 1942 года испытывался БА-б4г (Горьковского завода) с обычным шасси, но с реверсом и четырьмя роликами с ребордами, попарно расположенными впереди и сзади машины, удерживавшими ее на рельсах. Для того чтобы сойти с колеи, было достаточно поднять ролики.

В январе 1943 года по предложению инженера С. С. Строева изготовили БА-64-З (зимний) с цепным лыжно-гусеничным движителем вместо задних колес. Система представляла развитие идей выдающегося русского инженера С. С. Неждановского. На испытаниях БА-64-З уверенно ходил по любой снежной целине, преодолевал подъемы до 18°, и только недостаточные маневренность, скорость и запас хода помешали принять его на вооружение.

В марте 1943 году выпустили десантный, безбашенный ВА-64е с кормовым входом в бронекорпус. На эту машину, вмещавшую б бойцов, предполагалось поставить 37-мм пушку.

Начатое весной 1943 года производство БА-64Б продолжалось по 1946 год. В 1944 году производство БА-64Б по отчётности НКО стабильно составляло 250 машин в месяц-3000 в год (с рацией-1404). Не смотря на свой основной недостаток - малую огневую мощь, бронеавтомобили БА-64 успешно применялись при проведении десантных операций, разведрейдов, для сопровождения и боевого охранения пехотных подразделений. Особенно удачным оказалось применение БА-64 в уличных боях, где важным фактором была возможность весть стрельбу по верхним этажам зданий. БА-64 и БА-64Б принимали участие во взятии польских, венгерских, румынских, австрийских городов, в штурме Берлина. Всего, по данным военных, ими было принято 8174 бронеавтомобиля БА-64 и БА-64Б (с рацией-3390). Последние 62 машины завод изготовил в 1946 году.