90式坦克的研究和发展工作始于1974年，部件制造和试验工作始于1977年。当时暂称为TK-X坦克，意思是“试验中的坦克”。日本坦克通常是以定型年代(第一生产年度)命名的。因曾预计新坦克在1988年或1989年定型，故相继又称TK-X坦克为88式和89式坦克。但是由于研制周期拖长，定型日期推迟到1990年，故又称之为90式坦克。
90式坦克武器系统的先进性得益于技术引进。它装置了典型的德国莱茵公司精品120毫米滑膛炮，那是日本制钢所获得德国莱茵金属公司许可生产的世界标准型火炮。火炮身管长为44倍口径，身管外装热护套，中间有抽烟器，前端左侧装置炮口基准仪。滑膛炮没有膛线，对弹丸产生阻力小，炮弹不旋转，穿甲弹依靠弹翼获得空力稳定，利于使用细长型弹丸增大穿甲能力；滑膛炮身的压力也因此比线膛炮小，炮身可以采取薄壁型，从而实现火炮身管轻量化。90式的坦克炮充分利用了滑膛炮提供的这些条件。
它的火控系统有独创性，曾领先世界先进潮流几年。这个系统包括激光测距仪、热成像仪、火控计算机和车长、炮长观瞄装置等。热成像仪通过图像获取和处理实现自动目标跟踪功能。瞄准装置实现了行车中稳定，增强了观察和目标捕捉能力，不但实现了行进间射击，而且提高了射击精度。它采用了日本自制的自动装弹机，发射炮弹速度相当快。所用炮弹主要是钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹和多用途空心装药破甲弹。钨合金穿甲弹性能与美国贫铀穿甲弹相当，弹长884毫米、重19公斤，初速1.65公里/秒，在两公里射程上能穿透700毫米厚钢装甲。
它的发动机和传动装置组装了结构紧凑的一体化动力传动部件。发动机采用三菱重工生产的两冲程水冷V型涡轮增压柴油发动机，输出功率达811千瓦。传动装置里有带闭锁离合器的三菱变矩式行星齿轮自动变速箱，通过电液控制能够实现灵活的变速。通过液压悬挂装置来控制车姿是它所独有的特点。它只能进行纵向的车姿变换，在日本到处是林山野峦、斜坡弯道的地形条件下，这有利于弥补射击时的俯仰角。它以小间隔配置了负重轮，用扭杆降低下振幅，对于在起伏地上行驶极为有利。它的燃油储量为1100升，最大速度70公里/小时，最大行程340公里。备有潜水装置，具有涉两米深水域能力。
90式坦克的装甲防护采用了新材料技术，在命中概率较大的车体和炮塔前部安装了自制的复合装甲，复合装甲里含有数层金属材料和陶瓷材料夹层。在车体其他部位使用了间隔装甲。但侧面配置了普通装甲裙板。它的特种防护措施是配有“三防”装置、自动灭火装置和激光预警装置。激光预警装置安装在炮塔前上部，能够探测来自前方、侧面的激光照射并发出警报，告知坦克采取机动规避或发射烟幕弹等对抗措施。
