韶山7D型电力机车是六轴干线客运电力机车。车体采用了框架式整体承载结构，总体布置沿用双侧走廊、两端司机室;全车共分七个间隔室，中间为变压器室、然后向两侧依次为l、II端高压室，I、II端辅助室，I、II端司机室。主要电器设备以机车最重设备主变压器为中央，其他设备分平面斜对称布置为主，有利于重量平衡;车顶两端司机室之后各装一台TSG3-630/25型单臂式受电弓;车顶中部装一台主断路器。为了减小因机车速度提高而增大的轮轨作用力，韶山7D型机车轴重定为21吨、总重126吨，比韶山7C型机车分别减少1吨和6吨，因此机车总体、车体、转向架、变压器等各主要部件均做了轻量化设计;机车车体也经过重新设计，增加了侧梁高度以保证车体的垂向刚度，侧墙两端顶部设有通风口以满足车体独立通风的要求，并对机车头型进行全新微流线化设计 。另外，自0029号机车起改为标准化司机室。
车内电气设备沿用了韶山7系列机车的屏柜化、单元化布置方式。韶山7D型机车也是中国第一种采用独立通风系统的电力机车，取代了侧墙百叶窗进风车体通风方式，独立通风采用侧墙夹层进风道，按冷却对象分为牵引电机通风、制动电阻通风、交流辅助装置通风和变压器通风四大通风支路;每条通风支路均有自己独立的进、出风风道，有助减低车内负压，改善机车防尘效果及防寒性能。
韶山7D型电力机车是交-直流电传动的单相工频交流电力机车。韶山7D型机车主电路与韶山7型、韶山7B型、韶山7C型机车相比有较大变化，不再使用晶闸管两段串联相控整流桥调压方式，改为采用晶闸管不等分三段半控桥调压方式，与韶山8型、韶山9型机车主电路实现标准化、简统化。此外，由于交-直流电传动相控电力机车实现再生制动必须使用一段全控桥，但全控桥也会降低机车功率因数，且向电网反馈电力时高次谐波电流较大，降低了牵引变电所功率因数，并对通讯线路产生噪音干扰。基于上述缺点，韶山7D型机车改用三段半控桥调压的同时也取消了再生制动和功率因数补偿装置，而代之以加馈电阻制动，机车在额定工况的功率因数可大于0.81。
由于上述变化，机车变压器也经过了改进。韶山7D型机车仍然使用韶山7系列电力机车的一体化壳式变压器，包括主变压器、平波电抗器、高压电流互感器、供电电抗器等，共用冷却油箱;由于主电路改用三段半控桥，因此增加了牵引绕组输出，并取消了功率因数补偿电抗器 。韶山7D型电力机车设有两组主电路，中间转向架上的两台牵引电动机分属前后两组，机车牵引时向两组各三台牵引电动机并联供电，有利于充分发挥粘着、防止发生空转;此外，每调压整流电路还有一段励磁半控桥给三台串联的电机他励绕组供电。由于韶山7型机车采用了复励牵引电机，因此只要平滑减少他励电流，就能够实现无级磁场削弱。机车恒功率速度范围由韶山7C型机车的76~120公里/小时后移至96~160公里/小时。
韶山7D型电力机车并具有向旅客列车供电功能，供电装置的电路结构和韶山7C型、韶山8型机车基本相同，额定输出电压为600V直流电，输出容量为2×400千瓦，为分两路向客车供电。此外，韶山7D型机车并增加了自动过分相功能。
机车走行部与韶山7型机车大致相同，为三台二轴转向架，所有车轴均为动轴，机车轴式Bo-Bo-Bo，机车固定轴距较短，曲线通过性能好。转向架采用旁承弹簧承受车体载荷的无摇枕转向架。三台转向架各自独立，中间转向架与两端转向架的区别在于增加了横向位移的横动装置，相对于车体有多达220毫米的横向偏移量，取消了停车制动装置，二系悬挂静挠度稍大，因此无法与两端转向架互换使用。牵引力和制动力通过Z型低牵引拉杆牵引装置传递，车体上有六个牵引拉杆座，通过六根牵引拉杆分别与三台转向架呈"Z"形联接，两端转向架牵引点交于轨面以下10毫米，并能够灵活调节，有利于通过曲线和减少轴重转移，辅之以电气轴重转移补偿，能获得较高的粘着性能。一系悬挂采用轴箱螺旋弹簧和橡胶垫加油压减震器的独立悬挂结构;二系悬挂采用螺旋弹簧系统、橡胶元件和油压减震器的组合，中间转向架并设有滚子轴承，并设有抗蛇行油压减震器。
韶山7D型机车使用ZD120A型牵引电动机，改进自韶山7C型机车使用的ZD120型牵引电机。两者均为六极、中电压、带有补偿绕组、全H级绝缘、全叠片机座的复励脉流牵引电动机，结构上基本相同，仅性能参数有所差异，其中ZD120A型牵引电机提高了额定电压、增加了功率 。牵引电机采用架承式全悬挂、双侧六连杆轮对空心轴传动。
