За более чем 14 лет производства конвейер завода покинули множество модификаций и опытных образцов двадцать первой «Волги». Автомобиль ГАЗ-21 «Волга» экспортировалась в такие страны как Бельгия, Австрия, Финляндия, Швеция, Голландия, Кипр, Англия, Индонезия, Греция и страны Ближнего Востока. Экспортные модели отличались улучшенной отделкой. Выпускали «Волгу» и за рубежом, к примеру, бельгийская фирма Скалдия-Волга, совместно с предприятием Субимпэкс выпускали на основе машинокомплектов, поступавших из СССР, дизельные версии ГАЗ-21 (М-21), причем варианты дизельных двигателей были различными, объемом от 1,6 до 2,3 литров и мощностью от 48 до 62 лошадиных сил. В 1968 году параллельно с ГАЗ-21 был начат выпуск новой модели «Волги» под индексом ГАЗ-24, которая полностью заменила текущую модель в 1970 году.
Новый автомобиль ГАЗ-21 «Волга» получил несущий трёхобъёмный кузов типа седан с более комфортабельным и просторным салоном. Новый цельноалюминиевый 4-цилиндровый двигатель, который почти в полтора раза превосходил по мощности двигатель «Победы». Тормозная система с разделенными гидроцилиндрами передних тормозных колодок и одним общим гидроцилиндром на задние колодки, трансмиссионный стояночный тормоз.
Позднее, после того как была закончена подготовка нового верхнеклапанного двигателя ЗМЗ-21 от старого двигателя «Волги» отказались. Новый двигатель объемом 2445 см3 развивал мощность 70 лошадиных сил, а максимальная скорость автомобиля составила 130 км/ч.
С начала 1959 года по 1962 год выпускали так называемую «вторую серию». В рамках модернизации, у автомобиля увеличили передние колесные арки, из-за этого изменилась форма крыльев. Оформление передка напоминало передок одного из прототипов с 16-ю вертикальными прорезями решетки радиатора, за это ее прозвали акульей пастью, появился новый замок капота. Появились катафоты в стеклах задних фонарей, изменился фонарь номерного знака, верхняя часть панели приборов изначально стала флокированной, а позднее обтянута кожзамом. Приемник стал более богато оформлен. Фирменный олень на последних образцах «второй серии» был заменен травмобезопасной «каплей». Были и другие малозаметные изменения.
К 1960 году произошла модернизация узлов и агрегатов. «Волга» получила новую современную проводку, теперь на массе был не «плюс» а «минус». Убрали централизованную смазку шасси, усилили кузов. Автомобилей «второй серии» было выпущено около 140 тысяч экземпляров.
Следующая модернизация автомобиля условно «третья серия» произошла в 1962 году, у автомобилей полностью изменилось