Практически сразу после запуска в производство первой советской зенитной самоходной установки ЗСУ-57-2, постановлением Совета министров от 17.04.1957 г. была начата разработка двух новых скорострельных ЗСУ с радиолокационными автоматическими системами наведения, ЗСУ-37-2 "Енисей" со спаренной 37-мм артиллерийской установкой 500П, и ЗСУ-23-4 "Шилка", со счетверённой 23-мм артиллерийской установкой 2А7. Обе установки получили названия в честь сибирских рек - Енисея и Шилки. "Енисей" использовал радиолокационно-приборный комплекс (РПК) "Байкал" и шасси опытной САУ СУ-100П, тогда как "Шилка" использовала РПК "Тобол" и шасси на основе САУ АСУ-85.

Прототипы обеих ЗСУ были закончены в декабре 1960 года, а заводские и государственные испытания их продолжались до октября 1961 года. В заключении государственной комиссии, проводившей испытания, отмечалось, что "Шилка" в 1,5-2 раза превосходит "Енисей" по эффективности стрельбы по скоростным целям на высотах в 200-500 метров, зато последний обладает намного большей предельной высотой эффективной стрельбы - до 3000 метров против 1500 метров у "Шилки". При этом "Енисей" имел большую массу, однако по стоимости обе установки были примерно одинаковы. Комиссией были рекомендованы к принятию на вооружение обе установки, так как ни одна из них не имела решающих преимуществ, но в итоге на вооружение постановлением Совета министров от 05.09.1962 г. была принята только "Шилка". Дальнейшие работы по "Енисею" были прекращены.

Зенитная самоходная установка ЗСУ-23-4 "Шилка" предназначена для защиты боевых порядков войск, колонн на марше, стационарных объектов и железнодорожных эшелонов от ударов авиации, вертолетов, крылатых ракет на высотах до 1500 м при наклонной дальности от 200 до 2500 м и скорости полета до 450 м/с. ЗСУ может использоваться также для поражения подвижных и неподвижных наземных целей на дальностях до 2000 м. В состав РПК входят РЛС орудийной наводки, счетно-решающий прибор и визирное устройство.

В любых условиях погоды и видимости с помощью РЛС в ЗСУ автоматически определяются координаты цели, по которым счетно-решающий прибор вырабатывает упрежденные данные для наводки артустановки АЗП-23-4. Автоматическая наводка пушек обеспечивается с помощью силовых гидроприводов. Отличительными особенностями пушечного автомата АЗП-23-4 являются наличие электрической схемы обеспечения стрельбы и принудительного межслойного охлаждения стволов автомата. Автомат A3П - 23 -4 обеспечивает темп стрельбы около 4000 выстр./мин. Эффективность стрельбы по самолету, находящемуся в пределах зоны обстрела, составляет от 0,05 до 0,25. ЗСУ-23-4 имеет боекомплект в количестве 2000 выстрелов (снарядов).

Двигатель ЗСУ - дизель В6Р. Ёмкость двух топливных баков составляет 520 л. Запас хода без дозаправки топливом - до 450 км. Вспомогательная силовая установка - газотурбинный двигатель мощностью 74 л. с., предназначен для обеспечения питанием электрооборудования РПК-2.

Время перевода ЗСУ из походного положения в боевое - около 5 мин., боевой расчет - 4 чел. ЗСУ допускает несколько способов наведения пушки на цель и ведения огня. Эти способы и определяют пять режимов боевой работы ЭСУ При работе ЗСУ в первых трех режимах пушка наводится силовыми приводами наведения, включенными в автоматический режим наведения, по данным, поступающим из РПК.

При работе в четвертом и пятом режимах пушка наводится по правой головке (прицел-дублер) визирного устройства с помощью силовых приводов наведения, включенных в полуавтоматический режим наведения или (в пятом режиме) вручную с помощыо маховичков. Управление силовыми приводами наведения в этих режимах производится оператором поиска с помощью блока рукояток Т-55М1 РЛС. В ЗСУ имеется ряд блокировок, срабатывание которых исключает возможность включения силовых приводов наведения и ведения огня. Эти блокировки предусмотрены для обеспечения безопасности экипажа и своих войск при боевой работе ЗСУ. Блокировки установлены так, что включение силовых приводов наведения возможно только при отстопоренных башне и качающейся части АЗП, закрытом люке механика-водителя и закрытой крышке люка звеньесборника. В зависимости от режимов работы открытие огня производит или командир с рукоятки огня, или оператор поиска с рукоятки блока Т-55М1, либо с помощью спусковой педали.

После принятия в 1962 году ЗСУ-23-4 на вооружение, она прошла несколько модернизаций. Первая модернизация проходила в течение 1968 -1969 гг., в результате которой повысилась надежностъ эксплуатации установки, улучшились условия обитания для расчета, увеличен ресурс газотурбинного агрегата с 300 до 450 ч. Для наведения РЛС сопровождения на визуально обнаруженную цель в установку был введен командирский прибор наведения. Модернизированная установка получила название ЗСУ-23-4В.
В 1970-1971 гг. проведена модернизация счетно-решающего прибора. Это позволило повысить точность и эффективность стрельбы, надежность автосопровождения цели при увеличении скорости движения установки с 20 до 40 км/ч, увеличить ресурс газотурбинного агрегата с 450 до 600 ч. Установка получила название ЗСУ-23-4В1.
В 1971 - 1972 гг. в результате ОКР была повышена живучесть стволов с 3000 до 4500 выстрелов, улучшена надежность РЛС и вновь увеличен ресурс газотурбинного агрегата с 600 до 900 ч. Установка стала называться ЗСУ-23-4М1.
В течение 1977 - 1978 гг в установку был вмонтирован радиозапросчик системы опознавания самолетов "свой - чужой". После этого ЗСУ "Шилка" получила название ЗСУ-23-4МЗ.
В 1978-1979 гг проведена следующая модернизация ЗСУ "Шилка" с целью лучшего использования ее в горных условиях, в частности, в боевых порядках в Афганистане, Из установки был исключен РПК, за счет чего увеличен боекомплект снарядов с 2000 до 3000 шт., введена аппаратура ночного видения для ведения стрельбы ночью по наземным целям. Модернизированная установка под названием ЗСУ-23-4М2 оказалась эффективной при ведении боевых действий в горных условиях Афганистана.