В 1945 году был изготовлен опытный образец нового танка (объект 137), отличающийся от Т-44 в основном более мощным вооружением (100-мм пушка Д-10Т). На нем применили движитель Т-44 еще с гребневым зацеплением. Затем началась доработка машины: изменили форму башни, толщину брони корпуса, конструкцию гусениц, расположение пулеметов. Ввели цевочное зацепление, новое ведущее колесо, планетарный механизм поворота вместо бортовых фрикционов. В апреле 1946 года танк Т-54 приняли на вооружение, в следующем году началось серийное производство.
Боевая масса танка Т-54 образца 1946 года достигла 36 т, компоновка повторяла Т-44.
Благодаря поперечному размещению двигателя длина моторно-трансмиссионного отделения уменьшилась на 650 мм по сравнению с Т-34. Не увеличивая общую длину корпуса, удалось увеличить длину боевого отделения (до 35% длины корпуса) и диаметр башенной опоры, что и позволило вооружить Т-54 100-мм пушкой. При этом некоторое смещение башни назад освободило в передней части крыши корпуса место для люка механика-водителя. Башня с пушкой Д-1 ОТ и спаренным с ней пулеметом СГ-43 – литая, с так называемым заманом (обратным скосом нижней части) по всему периметру. Ее поворот электроприводом мог осуществлять как наводчик, так и командир башни. Боекомплект пушки – 34 выстрела. Два курсовых 7,62-мм пулемета СГ-43 находились в броневых коробках на надкрылках и 12,7-мм зенитный ДШК – на крыше башни.
Бронирование усилили. Достаточно сказать, что верхняя лобовая деталь имела толщину 120 мм, а передняя часть башни – 200 мм. Усиления броневой защиты достигли, сократив на 2 куб.м по сравнению с Т-34 забронированный объем и на 150 мм снизив высоту корпуса в результате прежде всего уменьшения габаритов высоты двигателя, удаления части боеукладки с пола боевого отделения.
На танке установлен дизель В-54. Силовая передача осталась как и на Т-44, но с планетарным механизмом поворота (ПМП). Подвеска индивидуальная, торсионная. Гусеницы мелкозвенчатые, траки с открытым шарниром.
В 1949 году танк модернизировали: была улучшена форма башни, без заманов спереди и сбоку – с командирской башенкой и более узкой амбразурой для пушки. Уменьшили толщину брони лба корпуса (100 мм). Оставили только один курсовой пулемет в отделении управления. Силовую передачу изменили незначительно. Ширину гусеницы увеличили на 80 мм (до 580 мм), снизив среднее давление на грунт. Боевая масса составила 35,5 т.
В 1951 году Т-54 получил окончательный вид: новая башня теперь была без заманов, боевая масса достигла 36 т, остальные характеристики не изменились.
В этом же году танк получил пушку Д-10ТГ с эжектором вблизи дульного среза и стабилизатор пушки в вертикальной плоскости «Горизонт». Введен автоматизированный электропривод поворота башни с двойным управлением от наводчика и командира. Боевая масса Т-54А незначительно возросла.
В 1952 году появился Т-54Б с двухплоскостным стабилизатором вооружения «Циклон». Башню оборудовали вращающимся поликом. Изменения по сравнению с предыдущими модификациями касались лишь внутренней части машины и были вызваны установкой стабилизатора и связанных с ним агрегатов. Незначительно переделали люльку пушки Д-10Т2С. Танки получили оборудование для преодоления водных преград (ОПВТ) глубиной до 5 м.
Созданный в 1954 году командирский танк Т-54К отличался лишь установкой второй радиостанции, навигационной аппаратуры и зарядного агрегата.
В 1952 году был создан огнеметный танк ОТ-54 (боевая масса 36,5 т). На нем вместо спаренного с пушкой пулемета установлен автоматический огнемет порохового действия АТО-1. Из-за бака для 460 л огнесмеси боекомплект пушки Д-1 ОТ сократился до 19 выстрелов. Танк мог выбросить 20 огневыстрелов по 20 л на 160 м.
Модернизированные Т-54М получили лазерный дальномер, новые ночные и дневные приборы прицеливания и наблюдения, стабилизатор вооружения «Циклон-М», гирополукомпас, двигатель В-55В мощностью 580 л.с., системы противоатомной защиты и противопожарного оборудования, а также термодиффузионную дымовую аппаратуру.
В 1949 году на базе Т-54 изготовили самоходную артиллерийскую установку СУ-122/54. Ее полностью закрытый корпус был сварен из броневых катаных плит. 122-мм пушку впервые в нашем танкостроении снабдили эжектором. Интересной особенностью было использование 14,5-мм пулеметов КПВТ в качестве зенитного и спаренного с пушкой. В экипаже было двое заряжающих. Трансмиссия как на Т-54, с небольшими изменениями. СУ- 122/54 была принята на вооружение в 1954 году и выпускалась с 1955 по 1977 год.
На базе Т-54 создали бронированный тягач БТС-2 (1951 г.), самоходный кран СПК-12Г (1961 г.) и мостоукладчик МТУ (мостоукладчик танковый универсальный).
Для танков Т-54 разработали минный катковый трал ПТ-54, бульдозер БТУ (бульдозер танковый универсальный) и снегоочиститель танковый универсальный (СТУ).
С 1947 по 1958 год выпущено около 17 тыс. Т-54 всех модификаций.