В течение 1936–1937 годов на ЗИСе полным ходом велись работы по проектированию специального укороченного шасси ЗИС-6К с двигателем увеличенной мощности, опущенным на раме вниз, и дополнительным задним рулем. Полученные конструкторами положительные результаты позволили приступить зимой 1938 года к созданию нового тяжелого бронеавтомобиля БА-11. За компоновку отвечал инженер А. С. Айзенберг, шасси занимались конструкторы Д. В. Саломатин, Б. М. Фиттерман, В. Н. Смолин и другие. Одновременно на Ижорском заводе под руководством инженера А. Н. Баранова проектировался достаточно совершенный по тем временам бронекорпус.

Уже к концу 1938 года на ЗИСе были собраны несколько экспериментальных шасси ЗИС-34 с макетами бронекорпусов, а в 1939 году из стен Ижорского завода вышли первые два бронеавтомобиля БА-11. После проведения испытаний Московский автозавод начал осваивать конвейерную сборку шасси ЗИС-34, и за два последующих года — с 1940 по 1941 — было собрано 16 новых бронемашин.

Тяжелый пушечный бронеавтомобиль БА-11 был построен по компоновочной схеме с передним расположением двигателя, двумя ведущими задними осями и двумя постами управления. Полностью закрытый приземистый корпус сваривался из катаных броневых листов толщиной 10–13 мм, которые устанавливались с большими углами наклона. Крыша и днище изготавливались из 8-мм и 4-мм броневых листов соответственно. Такая броневая защита довольно надежно защищала экипаж, состоявший из четырех человек, а также жизненно важные части бронемашины от поражения обычными и бронебойными пулями, а также осколками малокалиберных снарядов и мин. Бронекорпус устанавливался на укороченную на 400 мм раму шасси, передний мост которого был усилен, чтобы выдержать увеличение нагрузки. В целом дизайн БА-11 отличался элегантностью и завершенностью, в нем явственно чувствовались динамичность и мощь.

В отделении управления, расположенном позади моторного отсека, размещались рабочие места водителя и командира бронемашины. Водитель сидел слева, а командир справа — там, где в скошенном лобовом листе корпуса в шаровой установке был смонтирован 7,62-мм пулемет ДТ. Командир не только вел огонь из этого пулемета, но и обеспечивал внешнюю связь с помощью дуплексной радиостанции 71-ТК-З.

С той же стороны — чуть ниже уровня крыши моторного отсека в месте ее соединения с лобовым листом отделения управления — на борту корпуса находился шарнирный вывод штыревой антенны, которая могла поворачиваться вперед и укладываться вдоль передней части корпуса. Для внутренней связи использовалось танковое переговорное устройство ТПУ-3. Обзор членам экипажа обеспечивали пулестойкие приборы наблюдения ПТ-К, которыми были оборудованы смотровые щели бронекрышки лобового окна, боковых дверей и башни.

Для посадки экипажа в бронемашину в обоих бортах имелись двери неправильной формы с сильно закругленными углами. Чистоту боковых поверхностей не нарушали лишние детали, даже петли дверей были внутренними. Разрабатывая корпус для БА-11 конструкторы отошли от прежней формы крыши с ярко выраженной ступенькой, которая была характерна для бронемашин БА-6 и БА-10. Крыша на БА-11 осталась разновысокой, но вместо ступеньки задняя часть крыши отделения управления приобрела сильный скос. В скругленной кормовой части машины был оборудован полноценный задний пост управления.

В задней части корпуса на крыше боевого отделения была установлена низкая коническая башня кругового вращения сваренная из 13-мм листов броневой стали. На крыше башни имелся люк полукруглой формы, крышка которого откидывалась вперед. Через люк можно было вести наблюдение за местностью, а при необходимости войти в машину или покинуть ее.

В качестве основного вооружения в башне были установлены 45-мм пушка 20К и спаренный с ней 7,62-мм пулемет ДТ. Для ведения прицельной стрельбы в распоряжении наводчика имелись телескопический прицел ТОП образца 1930 года и перископический панорамный прицел ПТ-1 образца 1932 года. Вращение башни осуществлялось механическим механизмом поворота с ручным приводом. Возимый боекомплект насчитывал 114 выстрелов и 3087 патронов к пулеметам.

В передней части корпуса бронеавтомобиля в удлиненном моторном отсеке был установлен карбюраторный шестицилиндровый рядный двигатель жидкостного охлаждения ЗИС-16, форсированный за счет увеличения степени сжатия, частоты вращения и улучшения наполнения цилиндров до 68,4 кВт (93 л.с.). С алюминиевой головкой блока его мощность достигала 72,8 кВт (99 л.с.). Надежность работы двигателя повышало дублированное зажигание — от магнето и от аккумуляторной батареи. Свечи были экранированы, чтобы не создавать помех радиоприему. Имелся также механизм ручного запуска двигателя изнутри машины.

Двигатель ЗИС-16 взаимодействовал с трансмиссией, в состав которой входили двухдисковое сцепление сухого трения, четырехскоростная коробка передач с демультипликатором, карданные передачи и дифференциалы. Наличие реверса в демультипликаторе в сумме давало 9 передач вперед и 6 назад, причем скорость заднего хода достигала 90% от переднего. Такая силовая установка позволяла бронемашине с боевой массой 8,13 т развивать на дорогах с твердым покрытием максимальную скорость 64 км/ч. С полными топливными баками машина имела запас хода 316 км.

В неполноприводной (6x4) ходовой части с усиленным передним мостом и подвеской на полуэллиптических рессорах использовались колеса с пулестойкими шинами типа ГК. Колеса ведущих задних осей были двухскатными и располагались в нишах, с боков их частично прикрывали плоские бронеэкраны которые смыкались сзади с крыльями. Для повышения проходимости на задние скаты одевались вездеходные гусеницы типа «оверолл». Надевание гусениц силами экипажа занимало 10–15 мин. В походном положении гусеничные ленты размещались вокруг задней части корпуса. На бортах нижней части корпуса перед отделением управления крепились запасные колеса, которые свободно вращались на своих осях и при движении по пересеченной местности способствовали преодолению рвов, канав и насыпей, не позволяя бронемашине сесть на днище. Все это позволяло БА-11 преодолевать подъемы крутизной до 22°, рвы шириной 0,9 м и броды глубиной 0,65 м.

Для езды в темное время суток бронеавтомобиль был оборудован фарами, которые устанавливались на небольших кронштейнах на передних крыльях.

По бронезащите и огневой мощи, а также подвижности и запасу хода бронеавтомобиль БА-11 несколько превосходил легкий танк Т-26. При той же мощности двигателя на шоссе он развивал вдвое большую скорость, что и предопределило основное боевое назначение новой машины — маневренная огневая поддержка наступающей пехоты и кавалерии, качественное усиление автобронесоединений вооруженных средними машинами, борьба с бронеобъектами и огневыми точками противника.

В 1940 году на базе бронемашины БА-11 был разработана модификация БА-11Д с шестицилиндровым дизельным двигателем ЗИС Д-7 мощностью 70,6–72,1 кВт (96–98 л.с.) при 2200 об/мин, разработанным конструкторами П. В. Сметанниковым, В. А. Будниковым и И. И. Мочалиным. Из-за более тяжелого двигателя масса машины возросла до 8,65 т однако за счет его большей экономичности запас хода при той же емкости топливных баков (150 л) увеличился до 420 км. Максимальная скорость на шоссе снизилась до 48 км/ч, но лучшие тяговые характеристики дизеля позволили поднять среднюю скорость на шоссе до 39,8 км/ч, что было неплохо для бронеавтомобиля такого класса. Использование дизеля позволило повысить и пожарную безопасность машины. К сожалению до войны промышленности не удалось освоить дизель Д-7.

В начальный период войны бронеавтомобили БА-11 применялись на Ленинградском фронте, и хотя по своим боевым характеристикам новая бронемашина значительно превосходила состоявшие тогда на вооружении БА-10, широко развернуть ее производство не удалось, так как Ижорский завод был отрезан блокадой Ленинграда.