Для легкого танка ПТ-76 имел весьма мощное, даже по нынешним временам, вооружение Для крепления пушки в походном положении внутри башни (вверху над пушкой) установлен стопор.
Начальная скорость бронебойно-трассирующего снаряда массой 6,5 кг — 655 м/с, осколочно-фугасного массой 6,2 кг — 680 м/с. Наибольшая прицельная дальность стрельбы при использовании телескопического прицела — 4000 м, бокового уровня — 12 000 м. Дальность прямого выстрела по цели высотой 2 м при стрельбе бронебойно-трассирующим снарядом составляет 780 м, осколочно-фугасной гранатой — 820 м, подкалиберным бронебойно-трассирующим снарядом —1060 м и кумулятивным снарядом — 630 м. Угол возвышения пушки — 30°, склонения — 4°. Предельная длина отката — 550 мм. Прицельная скорострельность — 7 выстр/мин. Масса качающейся части пушки без бронировки—1150 кг.
На танках ПТ-76, выпущенных после 1957 года, установлена 76-мм пушка Д-56ТМ (2А16), которая отличается от пушки Д-56Т наличием двухкамерного дульного тормоза, эжекционного устройства для продувки канала ствола и конструкцией крышек цилиндров противооткатных устройств.
Танки ПТ-76Б вооружены 76-мм пушкой Д-56ТС, стабилизированной в двух плоскостях наведения. От пушки Д-56ТМ она отличается, главным образом, измененной конструкцией подъемного механизма, особенностью которого является устройство, отключающее цилиндрическую шестерню от червячного колеса при переходе на стабилизированное наведение пушки, наличием узлов для крепления гироблока и исполнительного гидроцилиндра и другими более мелкими деталями.
В качестве вспомогательного вооружения на танке установлен 7,62-мм пулемет СГМТ (станковый модернизированный пулемет обр.1943 г. конструкции Горюнова, танковый), спаренный с пушкой.
Для ведения стрельбы из пушки и спаренного пулемета используются телескопический шарнирный прицел TLUK-66, боковой уровень и угломерный круг на погоне башни.
Наведение пушки на цель осуществляется вращением рукоятки маховика вертикального наведения и поворотом башни с помощью ручного или электрического привода, а при включенном стабилизаторе — с помощью пульта управления. На танке ПТ-76Б установлен стабилизатор СТП-2П «Заря», который обеспечивает: автоматическое удержание пушки и спаренного пулемета в заданном (стабилизированном) положении в вертикальной и горизонтальной плоскостях наведения при движении танка; наведение пушки и спаренного пулемета в вертикальной и горизонтальной плоскостях с плавным регулированием скоростей наведения.
Боекомплект пушки состоит из 40 унитарных выстрелов, из которых 24 с осколочно-фугасными гранатами, четыре с бронебойно-трассирующими, четыре с подкалиберными и восемь с кумулятивными снарядами. Боеприпасы размещены в двух стеллажных укладках (на 24 и 14 выстрелов) на вращающемся полу боевого отделения, причем вторая укладка соединяет своими основаниями пол и верхний погон башни. Еще два выстрела расположены в хомутиковой укладке на правом борту башни.
Патроны к спаренному пулемету СГМТ в количестве 1000 шт. снаряжаются в ленты по 250 шт. Ленты укладываются в четыре магазина-коробки.