在防护性能方面，99式坦克的车体装甲与T-72坦克类似，采用的是厚度为220毫米、倾角为68度的复合装甲。在对抗尾翼稳定脱壳穿甲弹时，其防护性能相当于480毫米厚的均质钢装甲；在对抗破甲弹时，其防护性能相当于550毫米厚均质钢装甲的水准。目前，99式主战坦克加装了反应装甲，进一步强化了其防护性能。
在99式主战坦克的设计中，与俄罗斯风格区别最明显的地方是炮塔，俄制T-72坦克采用铸造炮塔，钢水在倒入模具凝固时无法进行强化处理，结构也不易均匀，而且配套的复合装甲材料槽尺寸在铸造时便已固定，因此升级幅度有限，还需要特殊的大型模具来制作，工艺复杂。西方式复合装甲采用平板钢板，结构可以压密加匀，很容易进行强化与硬化处理。99式坦克的复合装甲挂装在炮塔上，容易拆除更换，不管是形状或厚度都容易变更，其防护性能和可升级性都优于T-72坦克的设计。
事实上，炮塔装甲是区别99式坦克与99改坦克最明显的地方。中国的复合装甲外形类似美国的M1和英国的挑战者坦克，属于未加压的复合装甲，但炮塔正面较小较矮。从照片分析焊缝位置可以大致推测坦克装甲的厚度，96式坦克的正面厚度与M1A1坦克相当，99式则更厚一些，在未挂装贫铀装甲时，99式主战坦克的装甲防护性能应该超过M1A1主战坦克。
99改坦克采用的装甲，外形类似德国豹2A5、豹2A6的楔型装甲。德国的楔型装甲只是一个附加在原有加压式复合装甲外面的大型空间装甲，以改善加压式复合装甲对抗成型装药弹药能力较差的缺点，但对抗动能穿甲弹的增强效果并不显著。从99改坦克的照片可看出楔型装甲附加上去的痕迹，推测99式的楔型装甲类似德国产品，对于尾翼稳定脱壳穿甲弹的防御主要依赖爆炸反应装甲。
对抗尾翼稳定脱壳穿甲弹时，99式坦克炮塔正面防护性能相当于640毫米厚的均质钢装甲；对抗破甲弹时，则相当于790毫米厚的均质钢装甲，超过同样未加装爆炸反应装甲的各种俄制坦克，但逊于M1A2或豹2A6主战坦克。加装爆炸反应装甲后，以上两组数据分别提升为800毫米和1000毫米，逼近M1A2和豹2A6主战坦克的防护水平。由于中国的装甲标准异于西方，因此这些数据，特别是针对抗尾翼稳定脱壳穿甲弹的防御数值，有偏高的倾向，需要进一步考证。
除了装甲之外，99式主战坦克还配备了用于掩蔽的烟幕弹发射系统，以及主动式激光压制装置，能照射敌人的瞄准镜来干扰瞄准，是一种特殊的防护装备。不过，T-72的自动装弹机在海湾战争、车臣战争中表现较差，容易引起弹药殉爆，在防护性能上是一种负因子，随着99式系列坦克炮塔的正面装甲增厚，炮塔后方会因配重而增加重量，因此要改装成西方炮塔尾舱式自动装弹机并不困难。
