Walther P99 AS działa na zasadzie krótkiego odrzutu lufy, zamek ryglowany przez przekoszenie lufy w płaszczyźnie pionowej w systemie Browning-Petter. W pistolecie zastosowano mechanizm spustowy z samonapinaniem typu Double Action. Mechanizm uderzeniowy bezkurkowy, ze sprężyną uderzeniową działającą bezpośrednio na iglicę. Po wystrzeleniu ostatniego naboju zamek zostaje w tylnym położeniu. Do zasilania stosuje się magazynki wymienne pudełkowe, dwurzędowe, z jednopozycyjnym wyprowadzeniem o pojemności 15[1] lub 16 nabojów. Pistolet posiada stałe przyrządy celownicze oraz wskaźnik napięcia iglicy oraz wskaźnik obecności naboju w komorze nabojowej.