Самоходка выполнена по безбашенной схеме с открытой установкой орудия в кормовой части САУ. В состав экипажа входят 7 человек. На марше все члены экипажа размещены в корпусе САУ. В кормовом отделении находится откидная плита-сошник и орудие САУ. Корпус выполнен из двухслойной противопульной брони с толщиной наружных листов 13 мм, а внутренних — 8 мм. Расчёт, находясь внутри САУ, защищён от последствий применения оружия массового поражения. Корпус ослабляет действие проникающей радиации в три раза. Заряжание главного орудия при работе САУ осуществляется с грунта или с грузовика с помощью специального подъёмного механизма, установленного на платформе с правой стороны относительно основного орудия. Заряжающий при этом находится слева от орудия, управляя процессом с помощью пульта управления.
Основным вооружением является 203-мм пушка, обладающая максимальной скорострельностью 1,5 выстрела в минуту. Ствол орудия представляет собой свободную трубу, соединённую с казёнником. В казённике расположен поршневой затвор. Ствол орудия и противооткатные устройства размещаются в люльке качающейся части. Качающаяся часть закреплена на верхнем станке, который установлен на оси и закреплён намётками. Противооткатные устройства состоят из гидравлического тормоза отката и двух пневматических накатников, расположенных симметрично относительно канала ствола. Такая схема противооткатных устройств позволяет надёжно удерживать откатные части орудия в крайнем положении до производства выстрела при любых углах вертикального наведения орудия. Длина отката при выстреле составляет 1400 мм. Наведение может осуществляться как гидравлическими приводами, питающимися от насосной станции САУ, так и с помощью ручных приводов. Откидная опорная плита, размещённая в корме корпуса, передаёт усилия выстрела на грунт, обеспечивая большую устойчивость САУ. Возимый боекомплект самоходной пушки составляет 4 выстрела, в приданной САУ транспортной машине перевозится основной боекомплект из 40 выстрелов.
Ходовая часть выполнена на базе основного танка Т-80 и состоит из семи пар сдвоенных обрезиненных опорных и шести пар одинарных поддерживающих катков. Подвеска — индивидуальная торсионная с гидравлическими амортизаторами. В задней части машины находятся направляющие колёса, в передней — ведущие. В боевом положении направляющие колёса опускаются на грунт для придания САУ большей устойчивости к нагрузкам при стрельбе. Опускание и поднятие осуществляется с помощью двух гидроцилиндров, закреплённых по осям колёс.
Самоходная пушка «Пион» поступала на вооружение отдельных самоходно-артиллерийских дивизионов артиллерийских бригад большой мощности артиллерии резерва Верховного Главнокомандования Сухопутных войск СССР. Стандартный дивизион насчитывал по три батареи из четырёх самоходных пушек этого типа. В Вооружённых силах Российской Федерации «Пионы» находятся на вооружении артиллерийских бригад армейского подчинения.
За время эксплуатации в Советской армии самоходные пушки «Пион» ни разу не применялись ни в одном вооружённом конфликте. В ходе войны в Южной Осетии несколько единиц были применены грузинской армией. Состоят на вооружении армий Украины, Узбекистана, Азербайджана, Таджикистана и Чехии.
«Пион» активно применяется подразделениями МО РФ в зоне проведения специальной военной операции по защите территорий Донбасса с целью нарушений коммуникаций противника в тылу, а также для контрбатарейной борьбы с орудиями противника (уничтожения натовских артиллерийских систем типа М-777А1(2), KRAB, ZUZANA и т. д.) разрушения укреплённых пунктов и поддержки пехотных частей. Используется в связке с беспилотным летательным аппаратом (БПЛА), а также с РЛС 1Л260 «Зоопарк-1М», которая помогает артиллеристам вычислять места пуска и оперативно корректировать огонь самоходной артиллерии. Благодаря подвижной базе в состоянии скрыться от ответного огня противника в кратчайшие сроки.