エンジンを車両前方に、クラッチ・トランスミッション・トランスファーを車両後方に配置する、世界初の独立型トランスアクスルを採用した「プレミアムミッドシップパッケージ」がとられている。駆動方式はR32型以降のスカイラインGT-Rと同様に4WDとなり、四輪駆動システムにはR32型以降のGT-Rにも採用されているアテーサE-TSの改良版が採用された。このパッケージングは、いかなる環境においても安定して高速で走行できる「究極のフラットライド・スポーツ」を実現するために導き出されたものであり、前後重量配分を改善するのと同時に、リアアクスル付近に重量物を配置することによって走行時にタイヤに強い接地荷重を与えることができ、さらにエンジン後方にトランスミッションがなくなることで最適なエアフローが可能になり、強力なダウンフォースも得ることができる。このため、開発においては、リアのトランスアクスルが最初に設定され、そこからリアタイヤのグリップ荷重とフロントタイヤのグリップ荷重が導き出され、V6ツインターボエンジンは車両の重量バランスに配慮して最後に決定された。これは最初にエンジン仕様を設定する多くの自動車の開発手順とはまったく逆の手順となる。世界のスーパーカーと比較して車重が重いが、これはトラクションを最大化するためのものである。2010年11月のマイナーチェンジではタイトコーナーブレーキング現象を防ぐために、10km/h以下の速度でステアリングホイールを半回転以上回した際には後輪駆動となる「2WD」モードが追加された。2012年11月に発売された2013年モデルではダッシュパネルバー2か所とインストメンバー部にリインフォースが追加され、車体剛性が向上されている。
2000年にGT-Rの先行開発が開始され、その成果として2001年の第35回東京モーターショーに出展された「GT-Rコンセプト」が作られた。そして、その発表時には当時日産のCOOで後のCEOであるカルロス・ゴーンによりGT-Rの開発が発表された。先行開発の際には、後のGT-R開発責任者となる水野和敏にもGT-Rの開発依頼が日産からなされたが、それはFMプラットフォーム開発の延長としての依頼であり、それではGT-Rを日産のシンボルにできないという理由で拒否した。その後、2003年4月から水野は先行開発部署でFMパッケージと同時に構想していた「PMパッケージ（プレミアムミッドシップパッケージ）」を採用した試作車の作成を行っていたが、2003年11月に再び水野へGT-Rの開発の依頼がなされた。その後水野はゴーンにGT-Rの開発の全権を委任され、GT-Rの開発を主管することとなり、2004年1月には本格的な開発が開始された。開発はドイツのニュルブルクリンクを拠点に開発され、日本国内においては仙台ハイランドもテストコースとして利用された。2003年の第37回東京モーターショーのプレス向け会見ではゴーンより市販モデルの2007年（平成19年）秋の発表・発売が明らかにされ、2005年の第39回東京モーターショーではプロトタイプモデルの「GT-Rプロト」が公開された。
以前はクライマーという認識が強かったが、アマチュア時代にスペイン選手権のU-23個人タイムトライアルで優勝するなどもともとタイムトライアルの才能も併せ持った選手である。そのため近年のレースではタイムトライアルスペシャリストに迫る能力を発揮しており、現在はあのランス・アームストロングに「別次元のライダー」と言わしめるほどのオールラウンダー型の選手へと進化している。特に強みが見えるのは急斜面でのアタック能力で、勝負所の峠で切れ味鋭いアタック開始、一撃で他を置き去りにしゴールまで持っていくという戦法を得意としていて、08ブエルタや09ツールでこの戦法でリーダージャージを奪い取っている。細身でありながらTTスペシャリストを撃破するほどの激走ができる。一方で、ワンデーレースにおける顕著な実績は前述の国内選手権個人TT制覇くらいで、典型的なステージレーサーと言える。
2006年のリバティセグロス・ウルトでは、BH Global-Concept-G2を使用し、山岳コースで強烈な上りを見せている。後にこのフレームはその年の秋に最高フレーム賞を受賞、ISPの優位性を見せ付け、その後の流行の発端となった。今でもこのフレームの性能は色あせていない。2007年に所属したディスカバリーチャンネルではトレック社のマドンにシマノのデュラエースを装着してツール・ド・フランス総合優勝を果たしたが、2008年はSRAM社の最高級コンポであるREDをマドンに装着してジロ・デ・イタリアを勝ち取っている。2009年のツール・ド・フランスはTrek・Madone6.9Pro+SRAM RED+Bontragerのコンポネートで再びツールを勝ち取った。2009年シーズンオフにスペシャライズドと個人的にスポンサー契約を結ぶ。チームとメーカーという契約は当たり前ではあるが、個人とメーカーの契約は異例の事。
フィールド表面はテキサス州サンアントニオの農場で育てられた100,000平方フィート (9,300 m²)のギョウギシバで覆われ、さらに1,000ポンド (450 kg)のホソムギが植えられた。アラバマ州レイシーズ・スプリング産の13,000平方フィート (1,200 m²)以上の赤土が内野の土に使用された。フィールドを囲むウォーニングゾーンは21,000平方フィート (2,000 m²)の砕いた赤い頁岩でできている。芝、土、頁岩は砂 5,000ショートトン(4,500メートルトン)と砂利44,000立方フィート(1,200 m3)の上に敷かれている。1時間に10インチ (250 mm)の排水を溜めるシステムを装備している。本塁から外野壁への距離は左翼330フィート (100 m)、センター403フィート (123 m)、右翼310フィート (94 m)である。右翼壁までの距離は、262フィート (80 m)しかなかったサルファー・デルへのオマージュとして短めとなっている。バックネットは本塁から約50フィート (15 m)後ろにある。フィールドは売店のある通路の高さより17フィート (5.2 m)下に位置している。リリーフ・ピッチャーがブルペンにいる間、長さ88フィート (27 m)、幅16フィート (4.9 m)のダグアウトには全てのスタッフを収容できる。サウンズのダグアウトは3塁側、相手チームのダグアウトは1塁側となっている。ブルペンは外野壁の角近くのファウルのラインに沿っている。