De radicale democratisering van het politieke bestel die D66 nastreefde, gold ook voor de partij zelf. De interne structuur van D66 kreeg na de oprichting in 1966 een principieel andere opzet dan die van de Nederlandse politieke partijen. Het standaardpartijmodel was destijds gebaseerd op de grondslag van indirecte vertegenwoordiging, met een centrale positie voor een partijcongres bestaande uit afdelingsafgevaardigden. D66 daarentegen koos voor het beginsel van ‘one person, one vote’ – tegenwoordig zou men spreken van one member, one vote. Op de algemene ledenvergadering – het hoogste besluitvormende orgaan – hadden alle leden spreek- en stemrecht (zowel op landelijk, regionaal als op lokaal niveau). Daarmee hadden zij formeel rechtstreekse invloed op de gang van zaken binnen de partij, zoals bij de vaststelling van het verkiezingsprogramma en de verkiezing van de lijsttrekker en de leden van het dagelijks en hoofdbestuur.
In de eerste jaren na de partijoprichting was het onduidelijk of D66 zichzelf primair als een organisatorisch niet strak omlijnde, tijdelijke beweging moest beschouwen, of dat zij zich nadrukkelijk als een bestendige partij diende te constitueren, met een heldere structuur. Mede-partijoprichter Hans van Mierlo zag D66 vooral als een beweging die de tweedeling van de politiek in een conservatieve en een progressieve partij moest bevorderen – zo nodig ten koste van haar eigen bestaan; zijn latere opvolger Jan Terlouw daarentegen wilde D66 als partij uitbouwen.
De bewegingsgedachte kwam tot uitdrukking in de statutaire mogelijkheid voor geïnteresseerde burgers om zich te registreren als ‘aanhangers’ en ‘belangstellenden’, wat toen bij geen enkele andere partij kon. D66 had wel weer net als andere partijen een dagelijks- en hoofdbestuur, regio’s en afdelingen en partijcommissies.
De kandidaatstellingsprocedures van D66 waren ook direct-democratisch opgezet om oligarchisering te voorkomen. De lijsttrekker werd door het ledencongres aangewezen, de rest van de kandidatenlijst door de leden. Elk partijlid dat minstens zes maanden stond ingeschreven en tijdens de Tweede Wereldoorlog niet ‘fout’ was geweest, kon zich als kandidaat (laten) aanmelden. Het D66-congres van 18 november 1967 bepaalde dat de Tweede Kamerfractie vier keer per jaar zich zou moeten verantwoorden aan de leden.
De beginperiode van D66 verliep nogal chaotisch, wat mede voortvloeide uit de onervarenheid van veel leden. Partijhistoricus Menno van der Land stelt dat de partij werd opgezet door amateurs. In de eerste maanden na de oprichting was het partijsecretariaat gevestigd in de woning van mede-partijoprichter Erik Visser. In mei 1967 verhuisde het naar de Keizersgracht 576 in Amsterdam.
Door de invoering van een subsidieregeling door de overheid werd het in 1972 mogelijk om een wetenschappelijk bureau op te richting. De Stichting Wetenschappelijk Bureau had als doel om de partij en haar fracties inhoudelijk te ondersteunen. D66 was eigenlijk tegen deze subsidie omdat zij vond dat politieke partijen onafhankelijk moesten zijn. Wegens financiële redenen (en omdat de andere partijen wel gebruik wilden maken van de subsidie) ging ze uiteindelijk overstag.
Veel leden telde D66 aanvankelijk niet. In 1970 bereikte de partij met zo’n 6400 leden een eerste hoogtepunt. Drie jaar later waren het er nog 6000. In 1974 zou het tot zo’n zo’n 300 leden zakken, een absoluut dieptepunt.
