Jednostkę napędową tworzyły cztery, 12-cylindrowe silniki rzędowe Junkers L 88 (pierwsze cztery maszyny, piąta i szósta otrzymały silniki Junkers Jumo 204) umieszczone na krawędzi natarcia skrzydła, napędzające czterołopatowe, drewniane śmigła. Załogę samolotu tworzyło dziesięć osób, dowódca maszyny, dwóch pilotów, bombardier, radiooperator, główny mechanik i czterech mechaników odpowiedzialnych za kontrolę pracy każdego z silników. Ich stanowiska znajdowały się w skrzydłach samolotu, grubość ich profilu sięgała 2 metrów.
Uzbrojenie Ki-20 mógł przenosić maksymalnie 5000 kg bomb (normalnie 2000 kg), a jako że maszyna nie posiadała komory bombowej, bomby podwieszane były na zewnętrznych zaczepach pod kadłubem i pod zewnętrznymi silnikami. Na grzbiecie kadłuba umieszczono działko Oerlikon kalibru 20 mm obsługiwane przez radiooperatora lub głównego mechanika. Na dziobie znajdowało się odkryte stanowisko zdwojonych karabinów maszynowych kalibru 7,7 mm obsługiwane przez bombardiera. W gondolach umieszczonych na krawędzi spływu skrzydła, na przedłużeniu zewnętrznej pary silników umieszczono kolejne dwa, zdwojone stanowiska karabinów maszynowych obsługiwane przez mechaników pokładowych.