1950年韓戰爆發後，日本成立了軍事武裝警察預備隊，所使用的步槍大多為從美國接收過來的M1伽蘭德或其他淘汰裝備，1954年日本自衛隊成立後也繼續使用這些美式裝備。在1957年，日本自衛隊決定研製和裝備新的國產自動步槍，不過由於在軍事上對美國的依賴，決定選擇當時美國定出的7.62×51mm彈作為新步槍的口徑，以便能與駐日美軍共用彈藥。然而，日本自衛隊認為這種彈藥的後坐力對於日本士兵來說過於強大了，於是日本的專家據此制定了尺寸規格與北約標準彈完全相同但減少了發射藥的專用彈。經過測試，在相同的條件下，當7.62mm NATO彈初速為810m/s時，這種減裝藥彈的初速為715m/s，這樣槍口動能已經減到接近7.62×39了。
新槍的研製工作交由豐和機械有限公司（HOWA）負責，設計團隊通過與日本自衛隊的密切合作，於1964年讓稱之為R6E的樣槍通過了日本自衛隊的試驗，並正式定型為64式7.62毫米步槍（64式自動小銃），開始取代舊的M1加蘭德步槍。豐和公司獨家為日本自衛隊供應64式步槍，直至1988年左右停產為止，期後64式步槍被豐和公司的另一種產品89式步槍所取代。
64式步槍主要裝備日本自衛隊和日本海上保安廳。雖然從1989年開始，一線部隊中的64式步槍開始被89式步槍取代，但由於預算有限，64式步槍仍然在一些二線後備部隊中保留使用。另外由於法律限制，64式步槍也從來沒有出口到其他國家。
64式（上）與替換它的89式
據說64式步槍在測試靶場內的精度表現優於美製M14，但部隊實際使用時反映其精度時好時壞，非常不穩定，而且由於結構複雜，故障率比較高，可靠性令人懷疑。
64式步槍是一種導氣式操作原理的自動步槍，導氣裝置和槍機系統可能是受比利時FN FAL或前蘇聯託卡列夫SVT-40步槍的啟發。在槍管上方有一個短行程導氣活塞，並裝有3位置的氣體調節器。閉鎖方式為槍機偏轉式，和FAL/SVT一樣，槍機的閉鎖支承面抵在機匣的閉鎖支承面上時實現閉鎖。拉機柄位於機框右側，從機匣上方伸出，因此左右手均可操作。
該槍可選擇單發或連發射擊，保險/快慢機柄位於機匣右側、扳機護圈上方。擊發機構內設計有專門的減速機構，使全自動時的理論射速降到每分鐘約450～500發。槍口安裝有一個高效槍口制退器，同時也是槍榴彈發射器。
護木上有散熱孔，前端下方裝有輕型的折疊式兩腳架。槍託為實木，有鋼製的托底板鉸接在槍托上，在利用兩腳架進行有依托射擊時，可把托底板向上打開形成支肩板，提供更穩定的據槍姿勢。
機械瞄具由片狀準星和覘孔式照門構成，照門的射程裝定可在200～400米範圍內調整。照門和準星均可折疊，在武器攜行時向下放倒避免鉤掛雜物，射擊時再豎起來。
64式步槍配用的減裝藥彈尺寸規格和北約標準彈完全相同，所用的彈頭也是和美軍的M80普通彈、M62曳光彈等完全一致，僅僅是減少了約10％的發射藥，此舉可降低後坐力和減少槍口上跳程度。由於發射減裝藥彈，且射速低，加上槍口制退器的緣故，使得這種7.62 NATO口徑步槍在全自動射擊很好操控。64式步槍也可以正常發射全裝藥的北約標準彈，但會大幅度加快槍的磨損。在發射全裝藥彈時，必須調節氣體調節器旋鈕以減小火藥氣體量和施加於活塞頭的壓力。
日本生產的減裝藥7.62 NATO彈
該槍的槍身較短，不足1米，但配用的刺刀比較長，達254mm，大概是日本人對白刃戰重視的結果。
64式步槍可加裝光學瞄準鏡成為狙擊步槍，不過配用的瞄準鏡只有2.2倍，這還是從美國M1C/D狙擊步槍的M84瞄準鏡發展而來，由尼康生產，雖然瞄準鏡的射程調節可達800米，但實際上這麼小倍率的瞄準鏡，在500米以外就已經很難看清楚目標了。瞄準鏡使用簡單的“T”形分劃，沒有分劃照明功能，因此在夜間難以使用。另外瞄準鏡座的設計也不好，只有一個固定螺絲，瞄準鏡極易移位。再加上日本自衛隊的狙擊步槍與瞄準鏡集中使用，狙擊手沒有個人專屬的步槍、 瞄準鏡，使得狙擊手無法控制瞄準鏡保持於歸零狀態。在89式步槍剛取代64式步槍的時候，有部分安裝瞄準鏡的64式狙擊型還保留在一線部隊中使用。但陸上自衛隊從2002年開始換裝美國的M24 SWS，這些64式狙擊型也逐步淘汰出一線部隊。SAT特警隊成立初期也曾短暫裝備過64式的狙擊型，但後來也被M24 SWS所取代。
全槍長 990 mm
槍管長 450 mm
全槍質量(不含彈匣) 4.4 kg
容彈量 20 rds
膛線 6條，右旋，纏距250mm
有效射程 400 m
瞄準基線長 440 mm
理論射速 450～500 rpm
槍口初速 減裝藥彈 700 m/s
全裝藥彈 800 m/s
64式的分解圖
裝有低倍率瞄準鏡的狙擊型
64式發射M31反坦克槍榴彈
