Автоматика пулемета работает за счет использования энергии отдачи ствола при его коротком ходе. Ударный механизм ударникового типа расположен в затворе. Возвратная пружина выполняет также роль боевой. Спусковой механизм расположен в рукоятке управления огнем. Он позволяет вести только непрерывный огонь. Предохранитель от случайных выстрелов располагается с левой стороны рукоятки управления огнем.
Цикл стрельбы из пулемета начинается со взведения затвора с помощью Т-образной рукоятки, помогающей преодолевать сопротивление мощной возвратной пружины. В дальнейшем рукоятка взведения затвора при стрельбе остается неподвижной. После взведения затвор становится на задержку в своем заднем положении.
При нажатии на спусковой крючок затвор снимается с задержки и движется вперед, извлекая патрон из ленты и досылая его в патронник. Запирание затвора производится роликами (боевыми упорами), которые расходятся в стороны при движении затвора вперед под действием возвратной пружины и попадают в пазы ствольной коробки. Ролики расположены в боевой личинке и разводятся при запирании скосами клина. В первой фазе движения вперед ролики мешают ударнику «достать» до патрона, и только после достаточного раздвигания роликов освобождается проход для ударника, который разбивает капсюль патрона, и происходит выстрел.
После выстрела давление пороховых газов отбрасывает ствол вместе со сцепленным затвором назад. Ролики держат боевую личинку в сцеплении с казенником на протяжении первых 8 мм длины отката. Отпирание канала и расцепление ствола с затвором происходит при движении роликов по скосам ствольной коробки.
При этом ролики сходятся, и затвор испытывает постоянное торможение. После отпирания затвора, пройдя расстояние около 21 мм, возвратная пружина ствола возвращает его в переднее положение, а затвор продолжает двигаться назад.
Стреляная гильза подхватывается выбрасывателем, расположенным на зеркале затвора. Отражатель поворачивает гильзу и удаляет ее вниз. Очень сильная возвратная пружина с большой скоростью толкает затвор в переднее положение, и цикл автоматики начинается заново.
Охлаждение ствола MG 42 воздушное, причем, в отличие от мелкой перфорации в MG 34, в кожухе ствола (являющейся частью короба) имеются большие овальные окна для более интенсивной теплоотдачи. На дульной части ствола закреплен надульник с пламегасителем. Одним из недостатков пулемета из-за высокой скорострельности является пониженный ресурс ствола, составляющий от 3500 до 4000 выстрелов (MG 34 имел ресурс от 5000 до 6000 выстрелов). Впрочем, при перегреве ствол легко заменяется на запасной.
Открытый секторный прицел рассчитан на дальность от 200 до 2000 м и насечен отрезками по 100 м. Длина прицельной линии (430 мм) — наименьшая среди других немецких пулеметов, а прорезь прицела (гривка) располагается на большом расстоянии от затыльника (550 мм). Благодаря удаленности глаза стрелка от прорези прицела последняя находится в пределах глубины резкости глаза и не расплывается при прицеливании. Основание мушки и гривка прицельной планки откидные, при транспортировке пулемета они складываются. Для стрельбы по воздушным целям к стойке мушки присоединяется ракурсный кольцевой визир, а к стойке прицела — задний визир.
Сошку можно присоединить к передней или задней части кожуха ствола. Для использования пулемета в качестве станкового или зенитного его устанавливают на универсальный станок обр. 1942 г. Боепитание производится из гибкой металлической ленты на 50 или 250 патронов. Ленту на 50 патронов можно соединять с помощью патрона с другой такой же, собирая ее на любое количество патронов. Лента подается только слева направо, гильзы выбрасываются вниз. Боеприпасы в ленте должны подаваться в приемник открытой стороной звеньев вниз так, чтобы лента находилась поверх патронов. Неправильная установка приведет к немедленному отказу пулемета. Крышка ствольной коробки одновременно является крышкой приемника, поворачивается на поперечной оси, в задней части имеет защелку.
Для стрельбы из пулемета используются винтовочные патроны системы Маузера калибра 7,92 мм с легкой, тяжелой и специальными (бронебойной, бронебойно-трассирующей, бронебойно-зажигательной, пристрелочной и др.) пулями.
