Ki-27 var et lavvinget monoplan, bygget i metall, utstyrt med en luftavkjølt Nakajima Kotobuki Ha-1b stjernemotor med en ytelse på 710 hk. Bestykningen besto av to 7,7 mm mitraljøser. Flytypen ble produsert i tre hovedvarianter, Ki-27-Ko, -Otsu og -KAI, med bare små forskjeller i seg i mellom.