В конце 1946 г. инженеры Харьковского тракторного завода (ХТЗ) по инициативе главного конструктора Н. Г. Зубарева начали разработку принципиально нового лёгкого артиллерийского тягача, который должен был полностью соответствовать возросшим требованиям армии.
Поскольку единственный доступный на тот момент двигатель ЯАЗ-204И (110 л.с.) имел ограниченную мощность, основой концепции нового тягача стало применение многорадиусного механизма поворота с двойным подводом и рекуперацией мощности.
Для облегчения холодного запуска на машине ставился форсуночный водомасляный котёл-подогреватель. Подача топлива производилась из двух топливных баков по 130 л. Перед двигателем, за однодисковым главным фрикционом, располагались поперечная пятиступенчатая коробка передач, переключаемая с помощью зубчатых муфт, и планетарно-фрикционные механизмы передач и поворота (МПП) на параллельных силовых потоках. В итоге для движения вперёд получилось аж девять передач.
Мелкозвенчатые гусеничные цепи с открытыми шарнирами, изготовленные из высокомарганцовистой, очень стойкой к абразивному износу и ударным нагрузкам стали Гадфильда, обеспечивали высокие сцепные качества — коэффициент сцепления на задёрненном грунте достигал 0,7–0,8. Для улучшения контакта гусениц со скользким основанием на траки могли надеваться дополнительные грунтозацепы и уширители. Гашению резонансных колебаний в подвеске способствовало трение осей рычагов балансиров в калёных втулках без применения смазки — по-тракторному. Впервые вместо рамы был применён сварной тонколистовой несущий корпус коробчатой формы. Это заметно снизило массу тягача при более высокой прочности и надёжности несущей системы. Обтекаемая форма носовой части корпуса и гладкое днище способствовали улучшению проходимости при движении по глубокому снегу.
За двигателем, закрытым капотом аллигаторного типа, со съёмными боковинами, была установлена цельнометаллическая трёхместная кабина ЗИС-160, несколько заниженная по высоте и расширенная за счёт 240-мм вставки. В крыше был выполнен круглый командирский люк, ветровые стёкла имели электроподогрев. Кабину неплохо нагревал сам двигатель, поэтому воздушный отопитель не ставился.
В открытом металлическом сварном кузове вдоль бортов устанавливались продольные откидные четырёхместные сиденья для расчёта буксируемого орудия, а в заднем торце кузова находилась двухстворчатая дверь с замком.
Масса, кг — 5800
Грузоподъёмность, кг — 2000
Масса буксируемого прицепа, кг — 6000
Мест в кабине — 3
Мест в кузове — 8
Габариты, мм:
длина — 5099
ширина — 2200
высота — 2180
База, мм — 2765
Колея, мм — 1900
Ширина гусениц, мм — 300
Дорожный просвет, мм — 350
Удельное давление на грунт, кг/см2 — 0,464
Мощность двигателя, л.с. — 110
Максимальная скорость, км/ч — 44
Запас хода, км — 260
При необходимости кузов мог плотно закрываться водонепроницаемым тентом с боковыми окнами. Для связи между кабиной (командир) и кузовом (старший расчёта) была проведена двухсторонняя трёхцветная световая сигнализация.
В конце 1948 г. изготовили три первых опытных образца, прошедших в 1949 г. заводские, в начале 1950 г. — межведомственные, а в конце года — государственные испытания.
В 1951–1952 гг. две доработанные машины успешно прошли войсковые испытания в Арктике, в условиях низких температур, и в Туркмении — при высоких температурах, с большим содержанием пыли в воздухе. Средняя скорость движения с полной нагрузкой и 6-тонным прицепом по бездорожью достигала 22–25 км/ч.
Тяговые свойства нового тягача оказались неплохими — на твёрдом грунте с максимальным грузом и прицепом он спокойно преодолевал подъём в 25°, а предельная свободная сила тяги на крюке (6310 кгс) при полной массе ограничивалась уже не двигателем, а сцеплением с грунтом. По этой причине, особенно при неумелом управлении, лёгкий тягач со сравнительно узкими гусеницами был склонен зарываться в сыпучий песок, впрочем, как и некоторые другие быстроходные гусеничные машины.
В конце 1952 г. ХТЗ выпустил первую промышленную партию новых артиллерийских тягачей, получивших армейский индекс АТ-Л (лёгкий). В войсках тягач быстро получил широкое распространение, но в процессе его эксплуатации выявились недопустимые вибрации и поломки тонкостенных бортов корпуса в местах крепления элементов подвески. Конструкторы были вынуждены перейти на новую ходовую часть с пятью мощными обрезиненными опорными катками большого диаметра без поддерживающих роликов. Кроме того, на машине применили форсированный двигатель ЯАЗ-204К (130 л.с.) с улучшенным предпусковым подогревателем и повысили ёмкость топливных баков (150 л каждый). Рабочие чертежи модернизированного «изделия 5А» были готовы к сентябрю 1954 г., а в феврале 1955-го первый образец поступил на испытания.
Производство тягачей «5А» началось в марте 1957 г. и продолжалось до середины 1967-го. В связи с радикальным изменением системы артиллерийского вооружения Советской армии АТ-Л стали массово направлять в народное хозяйство, сотни таких машин работали в труднодоступных районах Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера аж до 1998 г.