Разработана в 1936 г. конструкторской группой во главе с Ф. Ф. Петровым. Принята на вооружение 22 сентября 1939 г.

Гаубица-пушка обладает углом возвышения до +65°, высокой начальной скоростью снаряда, широкой номенклатурой выстрелов с 13 переменными зарядами. Возможности маневра огнем уникальные.

При стрельбе использовались выстрелы раздельного гильзового заряжания:

1) 152-миллиметровый выстрел с гранатой ОФ-540 (пушечная, дальность стрельбы – 17 230 м, скорость – 685 м/с, вес – 43,56 кг);

2) 152-миллиметровый выстрел с гранатой ОФ-530 (стальная гаубичная);

3) 152-миллиметровый выстрел с гранатой О-530А (осколочная гаубичная);

4) 152-миллиметровый выстрел со снарядом БР-540 (остроголовый, при дистанции прямой наводки до 800 м пробивает броню всех танков противника);

5) 152-миллиметровый выстрел со снарядом Г-530 (бетонобойный гаубичный).

Конструкция:

1) ствол скрепленный, состоящий из свободной трубы, кожуха, казенника, заднего и переднего захватов;

2) моноблок с навинчивающимся прямо на трубу казенником ствола.

Все стволы имели одинаковые размеры, дульный тормоз, одинаковые казенники. У гаубицы МЛ-20 затвор поршневой, гидравлический тормоз отката, подъемный механизм с одним сектором.

Транспортировка орудия производилась одним артиллерийским гусеничным трактором (со скоростью до 25 км/ч).

Тактико-технические характеристики 152-миллиметровой гаубицы-пушки МЛ-20: масса в боевом положении – 7270 кг; масса в походном положении – 7930 кг; калибр – 152 мм; начальная скорость снаряда – 655 м/с; угол возвышения – от –2° до +60°; угол горизонтального обстрела – 58°; скорострельность – 3-4 выстр./мин.; дальность стрельбы – до 17230 м.