苏联T-64主战坦克的车体前部采用了复合装甲结构,T-64A的炮塔是整体铸造加顶部焊接结构,并列机枪射孔附近的炮塔壁厚约为400毫米,主炮两侧的间隙装甲中填有填料,顶装甲板厚度约为40~80毫米不等,炮塔侧面装甲厚120毫米,后部装甲厚90毫米。
附加装甲是T-64坦克提高装甲防护的重要措施。在车体前下甲板装有推土铲,乘员舱内壁装有含铅防中子辐射的衬层,车体侧面装有张开式侧裙板。
T-64和T-80坦克一样,除采用新型复合装甲外,还在车体前上装甲部位和侧裙板上,在炮塔的正面、侧面和顶部等部位,装有111块反应式装甲。
炮塔扫应式装甲的安装方式与T-80坦克有所不同,为双层下倾式结构,上层有2排爆炸块,下层为1层爆炸块,而T-80坦克的为双层呈朝前的尖角形,上下层各有1排爆炸块。
三防装置与T-72坦克相同。该坦克装有类似于T-80坦克的激光报警装置。
T-64坦克装有可探测10千米范围内直升机的探测装置,为使用AT-8鸣禽导弹攻击敌机提供了足够预警时间。
在T-64A坦克炮塔前部两侧逐步补装了烟幕弹施放装置,该装置由12个烟幕弹发射器组成,两侧发射器数量不等。T-64坦克因为安装了反应式装甲,烟幕弹发射器的安装位置不在炮塔前部两侧,而是装在炮塔左边,分成两组,共8个发射器。在炮塔后部还携逞有潜渡筒。
T-64是前苏联最先采用3人乘员组和自动装弹机的炮塔式主战坦克。