Cấu trúc quang học của ống kính bao gồm 16 thấu kính chia thành 13 nhóm, trong đó có 2 thấu kính phi cầu và 4 thấu kính UD. Giống như nhiều ống kính RF khác của Canon, bao gồm cả các mẫu cao cấp thuộc dòng L, 16-28mm sử dụng các thuật toán chỉnh sửa kỹ thuật số để tối ưu hình ảnh. Ở tiêu cự dài nhất, ống kính có khoảng cách lấy nét tối thiểu 0.2m (7.9 inch). Ống kính được trang bị khả năng chống chịu thời tiết để bảo vệ trước bụi và độ ẩm, tuy nhiên không có gioăng cao su trên tất cả các nút, công tắc và vòng xoay.
Đúng như tên gọi, 16-28mm F2.8 IS STM sử dụng động cơ bước kiểu trục vít (lead-screw type stepper motor) để lấy nét, giúp lấy nét nhanh và chính xác. Ống kính cũng có tính năng chống rung quang học, hỗ trợ chống rung 5.5 stop ở trung tâm ống kính và lên đến 8 stop khi kết hợp với máy ảnh có chống rung cảm biến.
Ống kính có trọng lượng khoảng 445g và dài 91mm (3.6 inch) khi thu gọn. Sử dụng filter có đường kính 67mm và có thể lắp loa che nắng EW-73E (bán rời).