Состоял из полупрозрачного фотокатода торцового типа диаметром 50 мм. За фотокатодом следовала фокусирующая система, один из электродов которой мог быть использован для запирания или модуляции электронного потока. Далее следовала умножительная система жалюзного типа, состоящая из двенадцати динодов (по характеру движения электронного потока ФЭУ-12 принадлежит к линейным системам). Умножительная система завершалась коллектором рефлекторного типа. Колба умножителя заделана в стандартный цоколь от электронно-лучевой трубки. Максимальный диаметр умножителя определялся диаметром цоколя. Выводы фотокатода, модулятора и коллектора были сделаны непосредственно в колбе и не увеличивали габаритов прибора благодаря их «пуговичной» конструкции. Вся изоляция и крепление динодов внутри колбы выполнены на керамике. Исключительная жесткость всей системы выгодно отличала ФЭУ-12 от умножителей других типов. ФЭУ-12 изготавливался с сурьмяно-цезиевым или с висмуто-серебряно-цезиевым фотокатодом. Динодная система штамповалась из специального сплава, который активировался в процессе производства фотоумножителя.