Длина кузова троллейбуса — около 11 метров — практически не изменилась по сравнению с МТБ-82. Но это внутреннее пространство удалось рациональнее использовать. У МТБ много полезного места отнимала кабина водителя, передняя пассажирская дверь находилась в пределах колёсной базы. Это приводило к неудобствам для пассажиров — впереди в салоне троллейбуса образовывался «тупик». На ЗиУ-5 размеры кабины водителя уменьшили до минимума, а переднюю дверь поставили в переднем свесе. Обе пассажирские двери оказались с двух концов кузова, что обеспечило свободный проход потока пассажиров с любой стороны. Сами двери сделали настолько широкими, насколько это было возможно — прежде поступали жалобы на узкие двери троллейбуса МТБ.
Сзади у машины появилась просторная накопительная площадка для пассажиров, которые едут стоя на небольшое расстояние. Таким образом удалось оптимизировать планировку салона. При этом сиденья справа и слева оставались парными, и много людей могло ехать сидя. Окна сделали максимально высокими, чтобы в салоне было светло. При этом для вентиляции наверху сделали небольшие раздвижные форточки. В отличие от прежних моделей троллейбусов, автобусов и трамваев, в ЗиУ-5 стало невозможно опустить стекло окна, что не позволило пассажирам высовываться из окон во время движения.
Троллейбус ЗиУ-5 стал последней советской моделью многоместной пассажирской машины, у которой обшивка кузова выполнялась из алюминиевого листа, как у машин прежних поколений — троллейбуса МТБ-82, автобусов ЗИС-155, ЗИЛ-158, трамвая МТВ-82 и других. Каркас по традиции изготавливался из стального профиля. Скруглённые края крыши и задняя стенка требовали лишних производственных операций по изгибанию брусьев каркаса, но это требовалось в значительно меньшей мере, чем при производстве кузова МТБ-82. А самое серьёзное новшество заключалось в том, что в основании кузова не лежала тяжёлая стальная рама, как у МТБ, а он стал полностью несущим.
Существенные изменения претерпели электрооборудование троллейбуса и система управления. Электрические цепи разделили на силовые высоковольтные и служебные низковольтные. Для оптимизации процессов пуска-торможения троллейбуса и упрощения работы водителя была внедрена автоматическая косвенная реостатно-контакторная система управления (РКСУ). На самых первых ЗиУ-5 двери ещё открывала пневматическая система, но её быстро заменили электрическими приводами.
К концу 1960-х годов стало налаживаться научно-техническое сотрудничество советской промышленности с предприятиями из социалистических стран Восточной Европы. Это позволило массово закупать в Венгрии задние ведущие мосты для автобусов и троллейбусов. Так в 1968 году на энгельсский троллейбус установили венгерский задний мост RABA-018.80, и базовая модель стала называться ЗиУ-5Д. Передний мост ЗиУ-5 был унифицирован с грузовиками МАЗ.
Небольшое внешнее отличие ранних ЗиУ-5 от поздних — форма заводской эмблемы на передней панели. Сначала это была массивная объёмная фигура, а потом, ради экономии материалов, её заменили на маленький медальон с буквами «ЗиУ».