Полноприводным находящимся в производстве лёгким бронеавтомобилем в СССР являлся БА-20М. Созданный в середине 1930-х годов на базе легкового автомобиля ГАЗ-М-1, БА-20 к 1941 году успел устареть: его заднеприводное шасси не обеспечивало достаточной проходимости на пересечённой местности, а броня, защищавшая только от небронебойных пуль, не отвечала возросшим требованиям по защищённости[1]. С 1941 года, в связи с сокращением производства ГАЗ-М-1 и переходом к выпуску нового полноприводного автомобиля ГАЗ-64, было решено перевести лёгкий бронеавтомобиль на базу последнего[2]. Работы по бронеавтомобилям нового поколения, использовавшим полноприводное шасси и корпус с рациональными углами наклона брони, велись в СССР ещё в предвоенные годы, но не зашли дальше создания опытных образцов[3].
Идея разработки нового бронеавтомобиля была подана в инициативном порядке конструкторами ГАЗа после начала войны. После одобрения руководства, 17 июля 1941 года конструкторским бюро под руководством В. А. Грачёва были начаты работы по будущему БА-64[1]. Предварительная проработка компоновки бронеавтомобиля осуществлялась Ф. А. Лепендиным. Поначалу планировалось ограничиться переводом на новое шасси бронекорпуса и оборудования БА-20, но уже вскоре стало очевидно, что уровень его броневой защиты недостаточен, а нерациональная форма и компоновка корпуса не позволяют её усилить без значительного утяжеления конструкции. В связи с этим было решено разрабатывать полностью новую конструкцию, ориентируясь при этом на предвоенные опытные машины, такие как ЛБ-62[1]. При создании учитывался опыт боевого применения советских бронеавтомобилей в начальный период войны[4], также влияние на конструкторов оказало изучение трофейного германского бронеавтомобиля, предположительно Sd.Kfz.221, продемонстрированного на Полигоне НИИ БТ в Кубинке 23 августа, а 7 сентября переведённого на ГАЗ для детального изучения[1].
16 сентября состоялось совещание, на котором обсуждалась концепция будущего бронеавтомобиля, получившего название «64-Б». Помимо конструкторского коллектива, участие в нём приняли главный конструктор завода А. А. Липгарт и его заместитель по танкостроению Н. А. Астров, занимавшийся разработкой малых и лёгких танков. По итогам совещания было решено создавать бронеавтомобиль с предельно минимизированным забронированным объёмом и коротким, лишь незначительно выступающим по длине за пределы рамы корпусом. Новшеством стало также введение резкой дифференциации бронезащиты. Внутренняя компоновка бронеавтомобиля также вышла максимально ужатой, для размещения топливного бака в кормовой, наименее поражаемой в бою, части машины, пришлось даже надвинуть место водителя на моторный отсек, поместив его на коробке передач[5]. Будущий бронеавтомобиль, помимо возлагавшихся на БА-20 функций командирской разведки, связи и обслуживания разведгрупп, благодаря лучшей проходимости, планировалось применять также для преследования отступающего противника, службы управления боем, борьбы с авиадесантами противника или, благодаря малой массе, для использования в собственных авиадесантных операциях. Машину предполагалось также использовать для обеспечения ПВО танковых и кавалерийских частей, поэтому её оружие должно было быть способно вести огонь и по воздушным целям[6].
Разработкой бронекорпуса, обозначавшегося как ГАЗ-125, занимались кузовные специалисты завода — Б. Т. Комаревский, В. Ф. Самойлов, Ю. Н. Сорочкин и Г. А. Носов, а также конструктор танкового ОКБ А. С. Маклаков, занимавшийся проектированием башни бронеавтомобиля, и Н. А. Астров, осуществлявший консультацию работ[5]. 13 и 15 октября были закончены первый и второй варианты компоновки машины, после чего к работе приступил коллектив под руководством ведущего конструктора по машине Г. М. Вассермана, занимавшейся переработкой шасси ГАЗ-64 под роль бронеавтомобиля. Разрабатывавшиеся для бронеавтомобиля детали получили вначале индекс «64-Е», а позднее, после модернизации — «64-Ж»[7]. Несмотря на недостаток опыта у большинства конструкторов, проектирование продвигалось быстрыми темпами. 24—27 ноября был собран броневой корпус, продемонстрированный маршалу К. Е. Ворошилову, взявшему после этого работу над бронеавтомобилем под свой контроль. Сборка прототипа бронеавтомобиля началась 5 декабря, а 9 января 1942 года в основном законченный прототип под управлением Грачёва совершил свой первый выезд, прошедший в целом успешно, за исключением выявившейся слабости подвески. Башня при этом, хотя и не полностью укомплектованная, вопреки некоторым источникам на бронеавтомобиле уже присутствовала, будучи впервые установлена на него ещё 12 декабря. Бронеавтомобиль получил заводской индекс «64-125» и на следующий день был дособран и продемонстрирован Ворошилову[8].
Заводские испытания «64-125» продолжались ещё в течение месяца, при этом вновь проявилась слабость подвески, неоднократно выходившей из строя. 17 февраля бронеавтомобиль был продемонстрирован уже Наркому танковой промышленности В. А. Малышеву в Москве. Тогда же было утверждено окончательное, войсковое, обозначение для новой машины — БА-64. 21—23 февраля бронеавтомобиль провёл в испытаниях вооружения на Софринском артиллерийском полигоне и полигоне завода № 8, а 3 марта, вместе с новым лёгким танком Т-70, БА-64 был продемонстрирован в Кремле перед членами правительства, в том числе И. В. Сталиным. После проведения всех необходимых доработок, БА-64 был постановлением ГКО от 14 марта принят на вооружение[9]. Постановлением СНК СССР от 10 апреля 1942 года Грачёву была присвоена Сталинская премия третьей степени, одновременно за разработку ГАЗ-64 и БА-64 на его базе
