Головным разработчиком новой системы был выбран тульский Научно-исследовательский институт №147. Пусковую установку проектировало свердловское специальное конструкторское бюро № 203. Научно-исследовательский институт №6 и Государственное специальное конструкторское бюро №47 создавали 122-миллиметровый реактивный снаряд.

Общее руководство проектными работами осуществлял главный конструктор НИИ-147 А. Н. Ганичев, разработкой пусковой установки руководил главный конструктор СКБ-203 А. И. Яскин.  Работа по созданию новой боевой машины была сопряжена с определенными сложностями: конструкторы вновь оказались перед выбором аэродинамической схемы реактивного снаряда.

В 40-е – 50-е годы для боевых машин реактивной артиллерии применялись два типа ракет. Первый тип имел жестко закрепленные стабилизаторы. Второй же был основан на принципе придания вращения снаряду. Оба принципа имели как положительные, так и отрицательные свойства, но ни один из них не обеспечивал выполнение ТТЗ в отношении количества направляющих на одной боевой машине и общих габаритов пакета направляющих.

В конструкции новой боевой машины советские конструкторы совместили, казалось, несовместимое: направляющие трубчатого типа, характерные для снарядов с турбореактивным принципом стабилизации (БМ-14 и БМ-24) и ракету, полет которой стабилизируется с помощью стабилизаторов (БМ-8, БМ-13, БМ-31 и т.д.). Новаторское  решение, позволяющее подобный компромисс, заключалось в идее применить в конструкции реактивного снаряда не жестко закрепленные, а складывающие стабилизаторы. Таким образом, конструкторам удалось при большом удлинении оперенного реактивного снаряда по поперечным габаритам не выйти за пределы его диаметра, что ранее удавалось только при использовании турбореактивных снарядов. Тем самым они совместили достоинства обеих основных схем, применявшихся в реактивных системах залпового огня.

В остальном же компоновка реактивного снаряда соответствовала традициям, сложившимся в области ракетно-артиллерийской техники: в передней части за головным контактным взрывателем МРВ размещалась осколочная боевая часть массой 19,35 кг, содержащая 6,3 кг взрывчатого вещества. Далее располагался изготовленный из стали корпус двигателя, из-за большого удлинения выполненный из двух цилиндрических секций, связанных резьбовым соединением. Сопловой блок состоял из центрального и шести периферийных сопел. Сопла в сверхзвуковой части имели форму конуса с углом 30°. Диаметр критического сечения сопла составлял около 19 мм, среза – 37 мм.

Заряд твердого топлива, разработанный под руководством Б. Н. Фомина, по технологическим соображениям также был выполнен из двух полузарядов, несколько различных между собой. В частности, хвостовой полузаряд имел больший зазор между стенками корпуса и топливом – нужно было обеспечить достаточное проходное сечение для продуктов сгорания топлива как переднего, так и хвостового полузарядов.

В топливном заряде была использована рецептура РСИ-12М, разработанная ранее сотрудником НИИ-6 B. C. Лерновым и состоящая из 56% ксилидина, 26,7% нитроглицерина, 10,5% динитротолуола, 3% централита. В состав заряда входили также катализаторы и технологические добавки. Между полузарядами  размещался воспламенитель с 80 г крупнозернистого дымного пороха КЗДП-1 и 2 г пороха ДРП-1, находящимися в отдельных перкалевых мешочках. Ток на два электрозапала МБ-2Н подавался по проводам, проложенным через центральное сопло и канал хвостового полузаряда.

Суммарная масса двух полузарядов с сухарями и шайбами составляла 20,6 кг, корпуса ракетной части – 24,5 кг (со стабилизаторами – 26,4 кг).

Существовало мнение, что складывающиеся стабилизаторы из-за существования определенных люфтов в механизме крепления, значительно увеличат рассеивание снарядов по дальности и направлению. Однако сравнительные испытания опытной установки на нижнетагильском полигоне не подтвердили подобных опасений.

Фугасное действие нового снаряда оказалось равным таковому у снарядов 152-мм артсистем. Осколков же он давал даже больше, чем 152-миллиметровый снаряд.

Две опытные установки БМ-21 «Град» прошли заводские испытания в конце 1961 года. С 1 марта по 1 мая 1962 года на Ржевском артиллерийском полигоне в Ленинградском Военном округе.

Около года ушло на устранение выявленных недостатков. 28 марта 1963 г. совместным Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР № 372/130 система была принята на вооружение Советской Армии. Серийное производство системы Град было организовано в том же году на заводе № 172 (г. Пермь, ныне ОАО Мотовилихинские заводы), реактивные снаряды производились на заводе № 176 (Тульский патронный завод). Всего с 1964 г. по настоящее время было изготовлено не менее 11 000 боевых машин всех модификаций. БМ-21 поступала на вооружение отдельных реактивных артиллерийских дивизионов мотострелковых и танковых дивизий.

РСЗО была предназначена для поражения открытой и укрытой живой силы, небронированной техники и бронетранспортеров в районе сосредоточения, артиллерийских и минометных батарей, командных пунктов и других целей.

Ходовая часть боевой машины БМ-21 Град была выполнена шасси грузового автомобиля повышенной проходимости Урал-375Д. Этот трёхосный полноприводной грузовик был оснащён 7-литровым 180-сильным карбюраторным двигателем. Позднее РСЗО Град монтировалась и на шасси автомобиля КамАЗ-4310.

Артиллерийская же  часть Града состояла из сорока труб-направляющих, люльки, основания, погона , подъемного, поворотного и уравновешивающего механизмов, механизмов стопорения, рамы в сборе, прицельных приспособлений, пневмооборудования, электропривода, вспомогательного электрооборудования и радиооборудования.
Труба была предназначена для направления полета снаряда, придания ему вращательного движения, а также для транспортирования снаряда. Люлька служила для сборки на ней пакета труб и кронштейна прицела, и соединяется с основанием двумя полуосями, на которых она поворачивается (качается) при наведении по углу возвышения. Основание предназначалось для монтажа механизмов наведения, стопорения, электрооборудования, пневмооборудования и установки люльки с помощью полуосей и состоит из основания, крышки и буфера. Погон был нужен для подвижного соединения поворотной части с рамой в сборе, т.е. погон является опорным подшипником для всей поворотной части БМ-21 Град и состоит из верхнего, нижнего и внутреннего колец, прокладок, сепаратора, шариков и двух колец.
Подъемный механизм был расположен в центре основания и служил для наведения пакета труб по углу возвышения и состоит из планетарного редуктора, предохранительной муфты, деталей крепления электропривода и муфты подъемного механизма.

Механизмы наведения позволяли наводить пакет направляющих в вертикальной плоскости в диапазоне углов от 0° до +55°. Угол горизонтального обстрела равен 172° (102° влево от автомобиля и 70° вправо). основным приводом был электрический, но на всякий случай предусматривался и ручной, который располагался с левой стороны Града.

Боевое крещение Град получил 15 марта 1969 года во время Даманского конфликта. В тот день в дело вступили силы развернутой вдоль реки 135-й мотострелковой дивизии, командование которой отдало приказ отдельному реактивному дивизиону Градов открыть огонь по позициям китайцев на острове.

На базе 9К51 были разработаны боевые машины реактивной артиллерии для морской пехоты, воздушно-десантных войск, береговая реактивная бомбометная система, а также переносная реактивная установка, которая, правда, на вооружение Советской Армии не принималась.

БМ-21 поставлялась на экспорт в страны Варшавского договора, а также в Алжир, Анголу, Афганистан, Бурунди, Вьетнам, Египет, Замбию, Индию, Иран, Йемен, Ирак, Камбоджу, Кипр, Камерун, Конго, Кубу, КНДР, Китай, Ливан, Ливию, Марокко, Мозамбик, Монголию, Мьянму, Намибию, Никарагуа, Перу, Сирию, Судан, Танзанию, Уганду, Финляндию, Югославию, Эфиопию, от которой потом они достались новообазованной Эретрее. Около 60 БМ-21 состоит на вооружении артиллерии вооруженных сил Израиля. 9К51 производится по лицензии в Чехии, Китае, Индии и в некоторых других странах.