国鉄キハ05形気動車は、昭和32年（1957年）にキハ41400形気動車を改称した形式です。それまで、国鉄の気動車の形式は40000番代の数字で、形式番号と車号が一体となった番号が付与されていましたが、今後、気動車の大量増備が予想されたことから、電車や客車と同じく形式と車番を切り離した番号体系に変更されたのでした。その中で、ＤＡ58形エンジンを搭載しているキハ41400形がキハ05形とされました。
本形式は改造などを伴わず、形式と車番を変更しただけですので、車体はキハ41500形当時のままで、全長は約16.2メートル。2扉セミクロスシートで、4人掛けのボックス席が車両中央部に配置され、車端部がロングシートとなっていました。全面４枚窓で、側面は細窓が並ぶスタイル。搭載するエンジンは前述のとおりＤＡ58形（出力105馬力）のディーゼルエンジン。台車はＴＲ26形、変速機構は機械式でした。