90式坦克在研制之初，日本防卫厅就决定选用120毫米滑膛炮。由于本国工业基础雄厚，技术水平先进，因此日本决定自行研制坦克炮，由日本制钢所负责研制。1978年开始进入研制阶段，采取分段研制办法。先试制105毫米滑膛炮，再试制120毫米滑膛炮。在1982～1984年第一次生产的2辆样车上，安装了日本制钢所研制的火炮，使用的是日本生产的弹药。这些车辆的试验一直持续到1986年，试验获得了大量数据。样炮在弹丸初速、膛压等方面均达到了要求，只是120毫米火炮的穿甲深度和身管寿命比“豹”2坦克的120毫米火炮略逊一筹。结果，日本防卫厅决定90式坦克采用与“豹”2坦克、M1A1/M1A2坦克相同的德国莱茵金属公司生产的120毫米滑膛炮。

　　据称，日本制钢所研制的120毫米火炮，是沿用钻探石油的钢管技术设计出来的。对于研制火炮来说，技术条件异常苛刻。虽然日本拥有一些钢管技术，但要研制出合格的火炮并非轻而易举。实际上，当今世界上研制坦克火炮的国家也只有德国、英国和苏联等少数国家。人们一定会感到奇怪，为什么像美国这样的军事强国也会采用德国的坦克炮。在这方面，并不是美国没有研制能力，而是美国不想去做浪费时间的工作。

　　90式坦克采用德国莱茵金属公司研制的120毫米滑膛炮，该炮是西方第三代坦克的标准配置，由日本制钢所特许生产。然而，120毫米滑膛炮只是西方标准，炮管与炮尾与德国莱茵金属公司120毫米滑膛炮的相同，但后坐装置和炮架由日本自己研制，是“土洋结合”的产品。

　　90式主战坦克火炮的高低射界不详，但可能与74式坦克的相似，通过液气悬挂装置使车体前后俯仰，火炮的仰俯角能达到-10度～+15度。炮塔的旋转和武器的俯仰为全电动式，紧急时也可手动。

　　火炮配用的主要弹种是尾翼稳定脱壳穿甲弹，另外还可以发射对付坦克、步兵、软目标的多用途破甲弹。目前自卫队使用的炮弹数据尚未公开，但已知莱茵金属公司生产的尾翼稳定脱壳穿甲弹全长884毫米，重19千克，炮口初速为1650米/秒。弹药基数40发，炮弹分散储放在以下各处，即炮塔后部的自动装弹机处存放18发，炮长后面的立式弹架内存放4发，驾驶座椅右侧存放18发。

　　在火炮左侧安装有1挺7.62毫米并列机枪，在炮塔顶部前侧装有1挺12.7毫米高射机枪，车长和炮长都可操纵。弹药基数5100发。在炮塔两侧还各安装一组3具电动烟幕弹发射器。