D12型柴油机车是四轴轻型柴油机车，采用外走廊布置的罩式车体，司机室设置于车体中部，前后两端均为对称的机械室，机械室的高度略低于司机室，柴油机废气管位于司机室和机械室之间。这种布置方式为司机提供了前后两端良好的了望视野，后来的DD11、DD51、DD13型柴油机车均沿用了相同设计。机车走行部为两台二轴转向架，牵引电动机采用抱轴式半悬挂驱动方式。机车装用两台卡特彼勒公司的D17000型柴油机，该型柴油机是八气缸、四冲程的V型中速柴油机，气缸直径为146毫米，活塞行程为203毫米，额定功率为190马力，额定