Грузовик создавался на базе отработанной в течение многих лет модели «Урал-375Д», но значительно превосходил ее по тяговым, скоростным и техническим характеристикам. В начале ноября 1977 года с главного конвейера сошел первый автомобиль установочной партии, в 1978-м был начат их серийный выпуск, а к 1989 году завод полностью перешел на производство автотехники с дизельными двигателями.

По сравнению с «Уралом-375Д» технические показатели дизельного «Урала-4320» были значительно улучшены: грузоподъемность увеличилась на 0,5 тонны (сама машина стала легче, и его полная масса составила 13845 кг), расход топлива снизился примерно на 30%, средняя скорость движения возросла на 10 км/ч.

Вездеход, как и его предшественник, был оборудован централизованной системой регулирования давления воздуха в шинах, рабочей тормозной системой с гидропневматическим приводом, стояночным тормозом с приводом, сблокированным с тормозами прицепа, однако имел вспомогательный тормоз-замедлитель, позволявший снизить нагрузку на основную тормозную систему.

База грузовика осталась такой же, как и у «Урала-375Д», но несколько изменились габаритные размеры ( 7366x2500x2980 мм).