Thiết kế chủ chốt của máy bay này được lấy từ loại Mil Mi-8 "Hip", hai động cơ turbine trục (turboshaft) đặt trên đỉnh cung cấp năng lượng cho cánh quạt chính giữa thân và một cánh quạt đuôi ba cánh. Vị trí đặt động cơ khiến máy bay này có kiểu bố trí hai cửa hút gió rất khác biệt. Các phiên bản D và sau này có đặc điểm buồng lái hai người với một vòm kính buồng lái kiểu "phồng bọt đôi". Các đặc điểm khung sườn khác được lấy từ loại Mi-14 "Haze". Các mấu cứng treo vũ khí được bố trí trên hai cánh giữa thân (cũng giúp tăng lực nâng), mỗi cánh có ba mấu. Vũ khí trang bị tùy thuộc vào nhiệm vụ: chúng có thể đảm nhiệm hỗ trợ trên không, chống xe tăng, hay chiến đấu trên không. Thân máy bay được bọc thép và các phiến cánh quạt bằng titan có thể chống lực va chạm từ những viên đạn cỡ 12,7 mm. Buồng lái được tăng áp để bảo vệ đội bay trong trường hợp sử dụng vũ khí hạt nhân. Máy bay sử dụng bộ bánh đáp ba có thể thu vào.

Với mục tiêu thiết kế vừa là máy bay chiến đấu vừa là máy bay chở quân, Mi-24 vừa có khả năng tấn công mạnh lại vừa có khả năng chở quân. Nó không có đối thủ cùng tính năng từ NATO.