D-20 là mẫu lựu pháo đầu tiên của Liên Xô có cỡ nòng lớn cũng như tầm bắn xa của họ lúc bấy giờ. Mẫu lựu pháo cỡ lớn bắt đầu được nghĩ đến từ những khẩu pháo bức kích 152 mm của Quân đội Hoàng gia Anh mà Liên Xô nhận được từ thời thế chiến thứ hai (thông qua chương trình hỗ trợ vũ khí, đạn dược do Anh và Mỹ tiến hành để hỗ trợ Hồng Quân Liên Xô chống quân phát xít Đức). D-20 là mẫu pháo bức kích được thiết kế để thay thế đại bác ML-20 của Liên Xô cũng có cỡ nòng 152 mm dùng từ thời thế chiến thứ hai nhưng nặng nề và có uy lực kém hơn. Liên Xô xếp đại bác D-20 vào nhóm "pháo trung bình" vì sơ tốc đạn của nó vượt quá 600 m/s.

D-20 được thiết kế vào năm 1947 và xuất hiện lần đầu năm 1955. Dẫn đầu đoàn thiết kế là nhà thiết kế pháo binh nổi tiếng Fedor Fedorovich Petrov (1902-1978), ông cũng là tác giả của một số loại pháo của Liên Xô thời thế chiến thứ hai. Được chỉ định sản xuất tại Nhà máy sản xuất pháo binh số 9 tại Sverdlovsk (sau này là tại Nhà máy Motovilikha ở Yekaterinburg). Phiên bản tự hành của D-20 là pháo tự hành 2S3 Akatsiya. Nó trở thành pháo 152mm chính yếu của Hồng quân Liên Xô và Khối Hiệp ước Warsaw. Nó được biên chế thành pháo cấp chiến dịch và tăng cường cho các đơn vị bộ binh cấp trung đoàn, các lữ đoàn bộ binh tăng - thiết giáp hỗn hợp.