Установка используется для защиты войсковых колонн и стационарных объектов. Она может уничтожать воздушные цели, двигающиеся со скоростью до 300 м/с на высоте до 1500 м и дальности до 2500 м, а также сковывать живую силу противника, находящуюся вне укрытий или в легких укрытиях полевого типа. Кроме того, оружие может поражать другие наземные цели, например, легкобронированные боевые машины и огневые точки на дальности до 2000 м.

ЗУ-23-2 состоит из двух автоматических пушек 2А14 калибра 23 мм, люльки, верхнего станка лафета, платформы с шасси и прицела.

Автоматические пушки (только для ведения автоматической стрельбы) действуют по принципу отвода части пороховых газов через боковое отверстие ствола. Ствол запирается вертикальным клиновым затвором, который взаимодействуете профильными направляющими затворной рамы. Каждая пушка имеет газовый регулятор с двумя положениями, механизм ручного перезаряжания, а также быстросменяемый нарезной ствол (с изменяемым углом наклона нарезов). На стволе расположен пламегаситель эжекторного типа, а также рукоятка для извлечения ствола из затворного гнезда. В зарядной каморе выполнены канавки Ревелли, облегчающие выбрасывание гильз после выстрела. Каждая пушка питается из рассыпных металлических лент емкостью 50 выстрелов, помещенных в зарядных ящиках, которые крепятся по обеим сторонам люльки. В оружии применяется подаватель ползункового типа.

Характерной чертой конструкции 2А14 является то, что во время ведения стрельбы не выстреливается последний патрон (он остается на линии досылания), а механизм отката остается в заднем положении (на задержке спуска). Благодаря этому после замены зарядного ящика и подачи первого выстрела из ленты к окну подавателя пушки можно продолжать ведение стрельбы без выполнения дополнительных действий. Данное решение обеспечивает большую практическую скорострельность пушки.

Пушки установлены в люльке, которая, в свою очередь, расположена на верхнем станке лафета. На основании верхнего станка лафета расположены два сиденья, а также ручка поворотного механизма. В вертикальной и горизонтальной плоскостях пушки наводятся вручную. Поворотная ручка (с тормозом) подъемного механизма расположена с правой стороны сиденья наводчика.
Установка имеет два спусковых механизма: ножной (с педалью напротив сиденья наводчика) и ручной (с рычагом с правой стороны сиденья наводчика). Эти механизмы позволяют стрелять только одновременно из обеих пушек. С левой стороны педали спускового механизма расположена педаль тормоза вращающегося узла установки.

В ЗУ-23-2 применяется зенитный автоматический прицел ЗАП-23, а также оптический прицел Т-3 (с 3,5-кратным увеличением и полем зрения 4,5°), предназначенный для ведения стрельбы по наземным целям. Двухколесное шасси с рессорами установлено на опорных катках. В боевом положении колеса поднимаются и отклоняются в сторону, а орудие устанавливается на земле на трех опорных плитах.