D40型柴油机车是干线货运用的六轴柴油机车，采用单司机室、底架承载结构、双侧外走廊的罩式车体，车体上部自前向后由电气室、司机室、动力室、冷却室四部分组成，其中电气室一端称为短罩端，动力室和冷却室一端称为长罩端。机车走行部为两台“Flexicoil”三轴转向架，二系悬挂采用扰度较大的螺旋圆弹簧，以改善机车的运行品质和线路适应性；基础制动装置与上一代车型相比，由双侧铸铁闸瓦改为单侧合成闸瓦，每台转向架上的制动缸数量由六个减少到四个，大大简化了基础制动装置的结构。动力装置为一台3000马力的16-645E3型