Танк Т-90М является дальнейшей модернизацией моделей Т-90АМ, а также его экспортного варианта Т-90СМ, продемонстрированного ещё в 2011 году. Ключевым отличием от прежних моделей является башня принципиально новой конструкции с размещением боеукладки вне боевого отделения, что должно повысить живучесть танка в бою.
Танк также оснащён модернизированной 125-миллиметровой пушкой с увеличенной длиной ствола и новым автоматом заряжания. Т-90М оборудован противокумулятивными решётками, установленными в передней части башни под модулями комплекса динамической защиты третьего поколения «Реликт». Также новый танк получил многоканальный прицел наводчика, оборудованный лазерным дальномером, тепловизионным и телевизионным каналами.
По сравнению с предыдущими моделями Т-90 у нового танка выросла мощность двигателя до 1130 лошадиных сил. Т-90М оборудовали системой управления огнём «Калина», которая интегрирована в боевую информационно-управляющую систему тактического звена. Изменена конструкция бортовых экранов, предусмотрено экранирование лобовой проекции башни и, вероятно, защита гусеничной ветви.