Разработку и проектирование бронеавтомобиля "БА-64" осуществляло конструкторское бюро Горьковского автозавода(ГАЗ). Проект был развернут уже в ходе Великой отечественной войны - осенью 1941-го года. Красная армия в тот момент остро нуждалась в машине подобного класса. Выпускавшийся в Выксе "БА-20" армию не устраивал, да и производство этих бронеавтомобилей было сокращено из-за перевода Выксунского завода на выпуск комплектующих деталей для танков. При планировании и разработке схемы нового броневика "БА-64" конструкторы ГАЗ планировали опереться на опыт своих прошлых проектов, а также на немецкий трофейный образец бронемашины "Sd.Kfz.221". Идея разработки нового бронеавтомобиля для Красной Армии быстро нашла поддержку сверху и завод получил проектное задание - опытный броневик должны были изготовить к началу 1942-го года.
Конструкторы приступили к работе. Первоначально разрабатываемая машина получила индекс "ГАЗ-64-125". В течении октября - ноября 1941 года были проведены все необходимые работы по доведению проекта до логического завершения, а в декабре началась сборка бронемашины. Базой для будущего броневика "БА-64" стал полноприводный легковой автомобиль "ГАЗ-64". Естественно конструкция последнего была существенно переработана - изменено расположение органов управления автомобилем, установлены другие амортизаторы, существенно усилены рессоры, увеличен объем бензобака и т.д. К началу нового 1942-го года опытный образец был готов и начались испытания, которые шли примерно месяц и выявили некоторые недостатки. К примеру, крайне слабой оказалась передняя ось подвески и недостаточным был обзор механика-водителя. В то же время машина обладала хорошей проходимостью и удобным расположением органов управления, что было отмечено в отчете принимающей комиссии, которая однозначно рекомендовала принять новый бронеавтомобиль на вооружение вместо "БА-20". Испытания были продолжены, а весной 1942-го "ГАЗ-64-125" продемонстрировали руководству Советского Союза. Вскоре после этого ГКО постановил принять бронеавтомобиль на вооружение, после чего машина получила официальное и окончательное название - "БА-64". Серийное производство было организовано на самом ГАЗе, конструкторы которого и создавали машину.
Уже после начала выпуска в конструкцию вносили некоторые изменения - началась фактически модернизация машины "БА-64". Например с крыши башни были убраны откидные сетки, улучшена вентиляция боевого отделения,система охлаждения двигателя и его мощность, расширена колея движения, подвеска усилена гидроамортизаторами, прорезаны лючки для увеличения обзорности водителя. Все эти доработки были связаны с тем, что в ходе эксплуатации в полной мере проявлялись "болячки" машины - ненадежность подвески, плохой обзор водителя, неустойчивость машины при маневрировании из-за чего она часто опрокидывалась. После внесения изменений название машины дополнила буква "Б"("БА-64Б"). Доработанный вариант испытали и приняли на вооружение зимой 1943-го и планировалось, что ГАЗ приступит к массовому изготовлению этого варианта и замене ранее выпущенных "БА-64" в армии на "БА-64Б", однако до лета организовать производство не успели, а немецкая авиация нанесла мощные удары по Автозаводу Горького. Производство новых бронеавтомобилей было приостановлено из-за тяжелого ущерба, однако уже в августе завод собрал 100 единиц новых бронемашин "БА-64Б" и еще свыше 400 броневиков было пыпушено до конца 1943-го года.
Бронемашины "БА-64" могли в действующей армии могли решать различный круг задач - например служить в качестве командирских машин или машин частей связи, использоваться для боевого охранения или разведки при определенных условиях. Первые, еще не модернизированные "БА-64" появились в РККА весной 1942-го. Они входили в штаты танковых корпусов, мотоциклетных полков и отдельных разведывательных батальонов. Осенью 1942-го были сформированы отдельные броневые батальоны, состоящие из "БА-64" и отдельные батальоны бронемашин, в штате которых помимо броневиков находились танки "Т-70". Эти батальны часто придавались танковым или механизированным корпусам. Кроме этого "БА-64" включались и в создаваемые бронетранспортерные батальоны наряду с ленд-лизовскими машинами "Universal Carrier"
Несмотря на слабое бронирование и вооружение машина часто использовалась для разведки и нередко вступала в бой с противником, что обусловило большие потери "БА-64" - Красная Армия потеряла примерно две трети от общего количества выпущенных броневиков такого типа. Тем не менее свои задачи эти машины с переменным успехом выполняли и продолжали оставаться на вооружении СССР и его союзников после окончания войны. На базе "БА-64" было собрано незначительное количество опытных машин, которые массово не изготовлялись и не применялись. Окончательно попытки дальнейшей доработки и модернизации прекратились зимой 1944-го.