Když v prosinci 1940 vyšel v americkém časopise článek o prototypu nového terénního vozu, který vyvíjela automobilka Bantam pro americkou armádu, všimli si jej i ve velitelství Rudé Armády a vydali příkaz ke stavbě podobného vozu. To alespoň tvrdí populární historka o tom, jak vznikl první sovětský terénní vůz. Ve skutečnosti však byli v Moskvě inspirování spíše Fordem Pygmy, jenž už tou dobou obdržel objednávku na 30 tisíc kusů pro americkou armádu. Už 1. února následujícího roku zaslal generál I. P. Tyagunov požadavek na ministerstvo průmyslu, aby do 15. Dubna byl připraven prototype vozu inspirovaného americkým Fordem Pygmy. To si předvolalo vrchního konstruktéra GAZu, V. A. Gracheva, vybavilo jej americkými publikacemi o Fordu Pygmy i Bantamu a přikázali vytvořit podobné vozidlo.
Projekt nazvaný GAZ 64-416 se rozjel 3. února. V zadání bylo několik jasně daných parametrů, které museli u GAZu dodržet. Šlo například o nosnost 400 kg a životnost minimálně 5000 km. Další požadavky byly postupně doplňovány, poslední přišly dokonce až 22. března. Jen pár dní před dokončením prvního prototypu.
Celý vývoj byl dokončen za rekordně krátkou dobu, pouhých 51 dnů od začátku vývoje. To bylo možné zejména díky využití stejného základu jako už vyráběné vozy GAZ 61, MM a M1. Už 12. února byly předloženy první nákresy vozu, prvního března byl vyroben rám a o tři dny později započala stavba samotného vozu. 17. března byla dokončena karoserie a 25. března byl celý vůz připraven, včetně nalakování. Den poté, 26. března 1941, už byl vůz prezentován zadavateli, generálu Tyagunovi.
Vizuálně vůz připomínal americké prototypy. Výřezy místo dveří, jednoduchá hranatá karoserie se sklopným oknem a bez střechy či rezervního kola. Největší rozdíl byl v přední části, s podkovovitou maskou, připomínající starší produkty GAZu. O tom, kde si vůz vzal inspiraci, může být jasno z jména daného prototypu, nazvali jej totiž prostě Pygmy.
Od 15. Do 27. dubna vůz absolvoval armádní testování, při kterém najel pouhých 776 km, z toho 126 km mimo zpevněné cesty, zejména v tajícím sněhu. Finální verdikt armády byl však zdrcující. Vozidlo nevyhovovalo pro nasazení v armádě z důvodů malého dojezdu jen 334 km, přehřívání motoru v terénu, malé brodivosti a nedostatečného úhlu stoupání na mokrém terénu.
To mělo znamenat konec projektu, na konci dubna se však vozu zastal maršál Kulik, podle kterého rudá armáda potřebovala právě takové vozy, jako byl GAZ 64. Navrhoval vyřešit problémy nalezené při testování a stavbu dalších pěti prototypů upravené verze.
V červnu 1941 tak vyjel z továrny GAZ druhý prototyp, s celou řadou změn. Podvozek byl upraven, karosérie kompletně přepracována, na vůz přibyly plátěné dveře a rezervní kolo. Tento prototype měl znovu projít testy, mezitím se však Sovětský Svaz zapojil do války a místo testů přišel rovnou příkaz k sériové výrobě upraveného GAZu 64,ve dvou verzích -velitelské a průzkumné. Ke konci srpna se v Moskvě představily prototypy obou verzí a prošly testováním, načež ihned následovala výroba a zavedení do výzbroje.
Stejně rychle jako vývoj se však odbyla i výroba. Do konce roku 1941 vzniklo 601 kusů, následující rok se už však výroba spustila jen na dva měsíce, kdy vzniklo dalších 67 kusů. V roce 1943 už vznikly jen poslední 3 kusy a tím se kariéra GAZu 64 uzavřela.
Jedním z důvodů minimální produkce byl požadavek na větší množství obrněného GAZ BA-64, jenž ze standardního GAZu 64 částečně vycházel. BA-64 se nakonec stal jedním z nejpočetnějších vozů ve výbavě rudé armády, s produkcí přes 9000 kusů.
Konec GAZu 64 však neznamenal úplný konec program terénního vozu pro rudou armádu. Na základě 64 byla postavena modernizovaná verze 67, s vyšším výkonem, upraveným podvozkem, zesíleným rámem a řadou dalších změn. Stejně jako předchůdce dostal motor o objemu 3.3 litru z GAZu M1, původem od Fordu. Výkon se však zvýšil o 4 koně na 54 koní.
Na rozdíl od svého předchůdce se 67 dostalo výrazně početnějšího nasazení v armádě, a po skončení války i v civilním sektoru. Úspěšně byl vyvážen i do dalších zemí východního bloku a tak se při ukončení výroby v roce 1953 zastavilo číslo vyrobených kusů na 92483.