登場当初は朱色一色という姿で、キハ４５以来の両開き扉片側が2ヶ所・片運転台仕様のキハ４７と、５０系客車のように車端に幅広の片開き扉を持ち両運転台のキハ４０、その寒冷地仕様のキハ４８などがキハ４０系グループの一員。
当初は冷房装置はなく、また将来の冷房化を前提にした冷房準備仕様でもなかったが、広いドア開口部に対応して大容量の温風暖房装置を持ち、室内循環ダクトまたは外気導入ダクトのいずれかでの急速暖房運転が可能だ。後に鹿児島工場がバス用クーラーを利用して全国で初めてキハ４０系の冷房化改造した際には、この室内循環ダクトを活用して天井に新設したダクトから冷気を出すように工夫した。
走行装置に関しては、エンジンは戦前設計がルーツのＤＭＨ系機関からの脱却を目指し、長らく１２系・１４系客車の電源用エンジンとして使用されてきた６気筒１５リッター級のエンジンを、余裕を持たせるため出力を440PSから半減させたものを採用したが、大型の車体に対してやや非力だったため、ＪＲ化後には各社で３３０〜３６０ＰＳ程度の新型エンジンに次々換装され走行性と経済性を高めている。
合わせて８００両以上が製造され、JR化後も多数の車両が残っているが、近年は後継車両の登場やJR東海のように大量の（きれいで整備が行き届いている）キハ４０系がミャンマーなど海外に譲渡されるなどして急速に両数を減らしているものの、まだもて余している状況だ。
そんな中、JR九州がキハ４０系を観光列車「いさぶろう・しんぺい」や観光特急車両「はやとの風」に改装するなど観光列車のベース車両に抜擢すると、全国のJR各社でキハ４０系車両の観光車両への改造が相次いだ。最新の「或る列車」に至っては、１両あたり約３億円ほどかけて改装した究極の観光列車だ。（１９７７年の新製価格は１両あたり0.7億円だった）
JR九州がキハ４０系にかける情熱はおそらく、JR九州初代社長で国鉄時代末期に国鉄総裁に抜擢されるも固辞した経緯がある石井幸孝氏がディーゼル車両の技術者経験者で、キハ４０系開発にも関わった経緯があるからかもしれない。そんな中2018年に、JR九州が長崎・大村線系のキハ66・67系の置換え用として新型電気式ディーゼル車両の開発を発表しており、キハ４０系の置換えに影響する可能性も出てきた。
◆キハ４７・１４７
暖地用の近郊タイプの車両。トイレ付きの０番台、トイレなしの１０００番台のほか、寒冷地向けの５００・１５００番台（いずれも当初）もあった。寒地用は空気バネ仕様で、特急車両と比べ勝るとも劣らない優れた乗り心地が特徴だが、「或る列車」に改造されたうちの１両がこのグループから充当されている。
国鉄期末期の昭和５９年前後に、鹿児島在籍車両は全車とも現在のような白地に青２０号の帯という塗装に変更され、続いてキハ４０系では全国初となる冷房改造が施工された。
またJR化後にはエンジン換装が行われ、神鋼製または新潟製の３６０ＰＳ機関に交換されたものがキハ１４７（後述）、コマツ製330ＰＳ機関に交換されたものがキハ４７ ８０００（トイレあり）または９０００番台（トイレなし）に改番されている。その後もワンマン化改造も受けて現在に至っている。前述のようにＪＲ各社でも機関換装や車内仕様の変更、更新工事を期に多数の番台区分が出現しており、ＪＲ九州と東海に至っては再改番も行うなど、世界の鉄道車両の歴史上最もカオスな番台区分を持つ。
なお鹿児島には２０１８年現在もエンジン未交換の車両が数両存在する。
当線では基本２両組んで運用されており、増結で２＋２になったりキハ４０を増結して３両になったりしている。
◆キハ４０・１４０
前述のように両運転台付きで片開き扉を車端に備える暖地用車両。鹿児島在籍車は全車暖地向け仕様でトイレ付きの２０００番台（当初）だった。九州の他地区のラインナップでは５００番台など寒冷地仕様もある。
塗装変更や冷房化、機関換装、ワンマン改造の経緯はキハ４７と同じで、３６０ＰＳ機関のものがキハ１４０、３００または３３０ＰＳのものが８０００番台に改番されている。１両で運転可能なことから当線では山川〜枕崎間に限り単行運転も見られるが、鹿児島中央〜山川で単行運転することはなくキハ４０どうしの２連やキハ４７に増結する場合が多い。なお日豊本線の国分方面にはキハ４０の単行運転列車が複数設定されている。
３３０ＰＳ機関と３６０ＰＳ機関とでは数値の面で大差はないが、３６０ＰＳ機関の方が甲高い音がなくて騒音が低い。またこの機関は長崎・佐世保線で活躍するキハ６６・６７に対して機関換装されたのと同じ６気筒１３リッター４２０ＰＳ級エンジンであるが、キハ４０系の１軸駆動台車やラジエーターをそのまま流用する関係で、負荷と発熱を低く抑えるため前述の３６０PSとして使用している。このスペックから察すると１軸駆動の出力の上限は３６０PSとも考えられるが、（JR東海のカミンズ機関でも３５０ＰＳとほぼ同じ）「ゆふいんの森」キハ７０系中間車には１軸駆動のキハ５８系ベースの車体にキハ２００と同じ４５０ＰＳ機関が装備されたことから、何でもアリの状態になっている。
◆なぜ観光列車への改装に白羽の矢が立った？
一つの理由には、このキハ４０系列車両が全国的に余ってきたことは想像に難くない。車両改造には長い期間が必要なため、長期間運用を離脱しても影響が少ない車種に限られる点が１つ。
もう一つの点は、皮肉にも国鉄設計による画一的・大量の製作が影響していると思われる。標準仕様と呼ばれるものがそれで、ＪＲ各社となってからも車両設計に「標準仕様」が存在するおかげで、標準の設計図から改造のための工程が場当たり的にならずに済むメリットがあったからだ。この点はＪＲ西日本の担当者も同様のことを専門誌で述べており、「スーパー１０３系」なる更新車などが効率よく短期間で登場したのに標準仕様が貢献した。
さらには車体が耐侯性グレードの高張力鋼鈑（ハイテン鋼）で出来ていたことでもともと車体の腐食が経年の割に少なく、その車体強度を生かして「はやとの風」の天窓や「ビュースター風っこ」のトロッコ車のように大胆に大きな開口部を開けたりするのが可能だったこともある。
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