В 50-70-е годы в СССР производители грузового транспорта соревновались в грузоподъемности. В эту борьбу активно вступил и ГАЗ со своими моделями ГАЗ-53Ф и ГАЗ-53А грузоподъемностью 4 тонны.
В реальности выжать из колесной формулы 4х2 более 4 тонн было невозможно. Поэтому на заводе приступили к разработке грузовика с колесной формулой 6х4.
На машину поставили дефорсированный под 76-ой бензин двигатель от «Чайки» ЗМЗ-41 мощностью 135 лошадиных сил. Коробка передач взята от модели ЗИЛ-130. Раздаточная коробка была разработана специально для грузовика, чтобы объединить 2 моста от ГАЗ-53.
В 1968 году бортовой ГАЗ-33 успешно завершил цикл приемочных испытаний и был рекомендован к серийному запуску. Но нужно было устранить некоторые недочеты. Под сборку ГАЗ-33 был перепрофилирован Борский агрегатно-сборочный завод. Однако данный проект требовал больших вложений, его реализовать так и не удалось.
К началу 70-х год ЗИЛ уже почти завершил разработку 133-й модели со схожими массогабаритными показателями. Однако ЗИЛ-133Г1 мог взять на борт на одну тонну больше, чем ГАЗ-33, и к тому же был более унифицирован с серийным грузовиком 4х2. В связи с чем, шансов попасть на конвейер у ГАЗ-33 уже не оставалось.
После выработки ресурса все опытные экземпляры ГАЗ-33 были утилизированы.