Pentax 645D оборудован высокопроизводительным CCD сенсором производства Kodak. Его размеры 44 х 33 мм, что примерно в 1,7 раз больше, чем у аналогов 35 мм формата. Примерно 40 миллионов эффективных пикселей гарантируют, что динамический диапазон позволит точно воспроизвести атмосферу и ощущение глубины в изображениях с высокой детализацией. Чтобы достичь максимальной детализации, конструкция CCD-сенсора не содержит сглаживающих фильтров. Рама Pentax 645D изготовлена из легкого, но прочного сплава магния и стали, в то время как корпус сделан из литого под давлением алюминия, чтобы минимизировать расширение под действием высокой температуры, а также оптимизировать кинематическую точность и температурную устойчивость. ЖК-экраны - один на верхней панели камеры, второй - сзади, защищены пластинами из закаленного стекла. Корпус Pentax 645D делает СФ-камеру компактной и мобильной, несмотря на сочетание таких особенностей, как защита от пыли и влаги с 70 особыми уплотнениями, способность работать на холоде вплоть до -10°C, новый затвор, отрабатывающий выдержки до 1/4000 секунды, и имеющий гарантированный ресурс 50 000 срабатываний...

Pentax 645D имеет два слота для карт памяти для записи кадров с поддержкой стандартов SD и SDHC. Наличие двух слотов для карт памяти дает фотографу дополнительные возможности управления данными. Например, можно настроить запись на разные карты в соответствии с форматом (RAW или JPEG), или же одна карта памяти может быть использована для резервного копирования информации с другой.

Модель оснащена механизмом Pentax Dust Removal (DR) II, который борется со следами частиц пыли на снимках. Пыль удаляется путем ультразвуковой встряски УФ/ИК фильтра сенсора с помощью пъезоэлектрического элемента. Новая система АФ SAFOX IX+ с широким полем охвата и 11 точками (с 9 чувствительными крестообразными элементами в центре) обеспечивает точную фокусировку, необходимую среднеформатным цифровым камерам. Pentax 645D использует современную, 77-зонную систему экспозамера для точного определения экспозиции. Точность замера обеспечивается анализом и учетом таких данных, как ориентация изображения (горизонтальная или вертикальная), расстояние до объекта съемки и его масштаб, с использованием датчиков в камере.

Используемый в Pentax 645D видоискатель со стеклянной призмой в форме трапеции не только отображает примерно 98% площади кадра, но и позволяет заметно уменьшить габариты корпуса. Расположенный на задней панели камеры большой 3-дюймовый ЖК-экран имеет разрешение примерно 921 000 пикселей, антибликовое AR покрытие. Для питания Pentax 645D служит емкий литий-ионный аккумулятор, который позволяет сделать примерно 800 кадров на полной зарядке. Есть также HDMI разъем (тип C мини-коннектор) для вывода изображения в высоком разрешении. Кроме того, камера совместима с большинством компонентов системы Pentax 645 для того, чтобы фотограф мог воспользоваться своими ценными активами, включая высококлассную сменную оптику smc Pentax 645. Камера поступила в продажу по цене $10000.