Le SU-76 a été développé à l'été 1942 par les bureaux d'études de l'usine n° 38 à Kirov. Un rôle important dans la création de ce système d'artillerie automoteur a été joué par Semyon Alexandrovich Ginzburg, qui a supervisé et dirigé le processus. Les premières machines de combat sont apparues à la fin de l'automne 1942, mais elles avaient une installation de puissance peu fiable composée de deux moteurs automobiles GAZ-202 de 70 ch installés en parallèle. Cette installation était difficile à manœuvrer et provoquait de fortes vibrations dans la transmission, entraînant des pannes fréquentes. À l'origine, le SAU était entièrement blindé, ce qui créait des désagréments pour l'équipage. Les défauts se sont manifestés lors de la première utilisation au combat sur le front de Volkhov, et après la production de 608 machines, la production a été suspendue pour retravailler la conception. Cependant, le besoin urgent de l'Armée rouge en artillerie automotrice a conduit à la décision de conserver l'installation de puissance parallèle, en renforçant ses éléments pour augmenter la durée de vie du moteur. La version modernisée, sans toit blindé, a été nommée SU-76M et a commencé à être produite à l'été 1943, réussissant à atteindre le front au début de la bataille de Koursk. Cependant, les résultats étaient décevants. À la suite d'une enquête, S. A. Ginzburg a été écarté du travail de conception et envoyé au front, où il a été tué le 3 août 1943. Zaltsman a également souffert, il a été démis de ses fonctions de ministre de l'industrie des chars le 28 juin.

Le besoin d'un SAU léger était si grand que V. A. Malyshev, de retour à son poste de ministre de l'industrie des chars, a annoncé un concours pour le meilleur projet. Y ont participé des équipes de l'usine n° 38 sous la direction de N. A. Popov et de l'usine automobile de Gorki sous la direction de N. A. Astrov. Leurs prototypes différaient par leur conception, mais la principale innovation a été l'utilisation des moteurs GAZ-203 du char léger T-70, qui fonctionnaient sur un arbre commun. La machine a été réaménagée pour accueillir la nouvelle installation. À partir de la fin de 1943, après l'arrêt de la production des chars T-70 et T-80, les deux usines, ainsi que l'usine n° 40 à Mytishchi, ont commencé la production en série du SU-76 avec l'installation GAZ-203. En fin de compte, le SU-76 est devenu le deuxième véhicule de combat le plus produit après le T-34 en URSS. Au total, 13 684 SU-76 modernisés ont été fabriqués, dont 9 133 construits par GAZ. La production s'est achevée en octobre 1945, et quelques années plus tard, ils ont été retirés de l'armement.

Sur la base des dernières versions du SU-76, le premier système d'artillerie automoteur antiaérien soviétique ZSU-37 a été créé en 1945, qui a été produit en série même après l'arrêt de la production du modèle de base.