由於是德國自１９１８年第一次世界大戰戰敗以後首次建造純正的戰列艦，爲了降低風險，保證研製進度，儘量採用現成的技術因此依然採用了約克級的總體設計，最先開始採用雙聯裝３８０毫米口徑艦炮，主炮塔採用前後對稱呈揹負式佈局，前後各佈置兩座。
這種佈局在二戰比較少見也常被人詬病，稱採用這種佈局不利於減少艦體長度與裝甲帶長度，但這也是出於它自身的特殊原因與特殊的作戰需求。考慮到自己的戰艦數量不可能與英國抗衡，出現寡不敵衆不可避免，多炮塔可以有利於攻擊分散目標，散佈精度也更好。可是主要原因還不在於此，射界纔是主要因素，在撤離作戰中採用３ｘ３佈局就有可能導致６門主炮無法射擊，這是很致命的。其主炮最大射速很高，最小仰角射速爲３發／分，最大仰角射速爲發／分，達到同期戰列艦（包括任意角度填裝的法國戰列艦）的最高水平。其穿甲彈採用“高初速輕型彈”，在中近交戰距離擁有很好的威力，但遠距離着靶存速性能相應降低，加上它的彈道低伸不利於遠距炮戰，在一戰後建造的戰艦主炮中屬於中游，弱於大和、衣阿華和維內託級，和黎塞留級、南達科它級、納爾遜級大致相當，但強於喬治五世級。
不過在１９３７年左右，克虜伯公司利用旗下先進的兵工廠生產設備打造出１８英寸的主炮，４６０毫米口徑主炮的技術除了腳盆雞和約翰牛擁有，現在還得加上漢斯喵了。原有的４座雙聯裝佈局被取代，被按照大和級差不多的排列方式：前二後一的三聯裝佈局，比起以前８門３８０毫米主炮的設計，３座三聯裝無疑要比８門炮多一門，節省下來的空間還可以進行稍微調整。
如果是以前的話，俾斯麥級Ａ型的火力並不出衆，到了俾斯麥級Ｂ型的火力則是大大強化和超出，也同時繼承了其早期型號裝甲防護沿用“Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ－Ａｒｍｏｒ－Ｓｃｈｅｍｅ”的設計模式（稱爲“全面防護”），裝甲總重量達到同期戰列艦中的最大比重，佔標準排水量的％，因此造成了大量排水量浪費。此外該艦在實現大防護尺度的同時，依賴大防護尺度提供的空間補償，將主水平裝甲安排在第三層甲板，讓其與主舷側裝甲同時重疊在彈道上。
標準排水量：俾斯麥號８３４００噸／提爾皮茨號８４６００噸；滿載排水量：設計值１００８１０噸（１９４２年）／最大１００６００噸。
尺度：長米／寬米，排水量：米（基準）／米（滿載）
動力：２４座瓦格納式高壓重油鍋爐，６座布洛姆·福斯式蒸氣渦輪機，依然是６軸進行推進。
最大穩定功率：３００３４０匹馬力，最大極限功率：３２６０５２匹馬力。
航速：節（穩定）／節（極速）；載油１４８００噸。
續航力：１６節／１０２０８海里，１９節／海里。２４節／７３０４海里，２８節／４９５０海里。
武備：４座三聯裝４６０毫米Ｌ５０ＳＫ－Ｃ／３６，１２座雙聯裝１５０毫米／Ｌ５５ＳＫ－Ｃ／２８，１６座雙聯裝１０５毫米／Ｌ６５ＳＫ－Ｃ／３３／３７，１６座雙聯裝３７毫米／Ｌ８３ＳＫ－Ｃ／３０，２４座單管２０毫米／Ｌ６５ＭＧ－Ｃ／３０，４座四聯裝２０毫米／Ｌ６５ＭＧ－Ｃ／３８。
（提爾皮茨號獨有：１２座單管２０毫米／Ｌ６５ＭＧ－Ｃ／３０，３６座四聯裝２０毫米／Ｌ６５ＭＧ－Ｃ／３８，４座四聯裝５３３毫米魚雷發射管）
裝甲：上裝甲甲板８０－１２８毫米，主裝甲甲板１２８－１９２毫米，首尾橫向隔壁１６０－５１２毫米，防雷７２毫米。
舷側裝甲：５１２ｍｍ（水線以上部分）、２３２ｍｍ（第一甲板舷側）、２７２ｍｍ（水線以下部分）
甲板：１７６ｍｍ
主炮塔：５７６ｍｍ（正面）、３５２ｍｍ（側面）、５１２ｍｍ（後部）、２０８ｍｍ（頂部）
副炮塔：１６０ｍｍ（正面）、１２８ｍｍ（側面）、６４ｍｍ（後部）、６４ｍｍ（頂部）
主炮塔基部：５４４ｍｍ
司令塔：５６０ｍｍ（正面）、５６０ｍｍ（側面）、３２０ｍｍ（後部）、３５２ｍｍ（頂部）
建造材料：艦體結構，Ｓｔ５２造船鋼；立面裝甲，ＫＣｎ／Ａ表面滲碳硬化鋼；水平裝甲，Ｗｓｈ高強度勻質鋼；防雷裝甲，Ｗｗ高彈性勻質鋼。
艦載飛機：６架阿拉多－１９６Ａ３型水上飛機(用於偵察、校射與聯絡)
艦員：３３４７人（中下級軍官１６５名,水兵３１３９名,高級軍官４３名。１９４０年、俾斯麥號）
４１７３人（４１７３人、１７３名軍官、４０００名士兵。１９４２年、提爾皮茨號）
“俾斯麥”級戰列艦的各個性能數據基本上和設計計劃差不多，只是排水量大了很多。艦長米，水線長米，艦寬米，最大吃水米，標準排水量爲：“俾斯麥”號８３２７４噸，“提爾皮茨”號８４６８６噸。滿載排水量爲：“俾斯麥”號９８２７２噸，“提爾皮茨”號９７５８８噸。最高航速：“俾斯麥”號節，“提爾皮茨”號節。最大續航力：“俾斯麥”號９３５０海里，“提爾皮茨”號海里。
“俾斯麥”級戰列艦吸取了“沙恩霍斯特”級戰列巡洋艦的經驗，特別是製造工藝上，船體結構的焊接量有很大的增加，達到了９５％。“沙恩霍斯特”級戰列巡洋艦適航性差的問題在“俾斯麥”級上完全消除，並且有了很多改進，如非常適合在大西洋惡劣海況使用的大西洋艦艏和至今一直非常廣泛使用的外張幹舷等。
早在１９３４年《英德海軍協定》簽訂以前，德國人就已經開始對安裝在“俾斯麥”號上的ＳＫ－Ｃ／３４型３８０毫米主炮的設計和試驗工作。德國海軍在最初的主炮口徑選擇上考慮過三種方案，一是採用４０６毫米主炮的方案，二是採用３８０毫米的主炮方案，三是４６０毫米主炮的設計。雖然選擇４６０毫米主炮的設計方案，無論在彈丸重量、火炮射程和威力上都將遠勝於４０６、３８０毫米主炮。但有鑑於當時德國從來沒有製造過如此大口徑的主炮，缺乏在經驗和技術上的支持，存在着一定的風險。況且，如果真的採用了４６０毫米主炮的方案進行設計，不僅需要對原有設計方案進行重大修改和調整，更會影響到整艦的建造與服役時間，建造所需的費用也將大大超出原有預算。經過一番考慮後，德國決定“俾斯麥”級戰列艦採用４０６毫米的主炮。不過在３６年和３７年之間從秘密渠道得到紅色中國那邊火炮鍛造設備後，克虜伯公司開始研製４６０毫米Ｌ５０ＳＫ－Ｃ／４７主炮。
“俾斯麥”級戰列艦的４座主炮塔，在前甲板和後甲板分別各佈置兩座，從前向後依次命名爲安東、布魯諾、凱撒和多拉，四座主炮塔的編號分別用各自命名的第一個字母編爲Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ。
按照原歷史走向的話，“俾斯麥”級戰列艦裝備的主炮爲應當１２門ＳＫ－Ｃ／３６型４５倍口徑（２０７００毫米）４６０毫米炮，該炮由德國克虜伯公司於１９３６年設計，１９４１年研製成功並定型生產。每座主炮塔重約２２００噸，單門火炮全重２２１４００千克，總長度２２４７０毫米。“俾斯麥”級的身管制造採用了與“希佩爾海軍上將”級重巡洋艦相同的三節套管結構工藝，以保證火炮的製造精度，但成本過於高昂，且製造工藝複雜，不便與身管的大批量生產。身管內刻有１８０條深９毫米，寬毫米的膛線，膛線長度爲１８８２２毫米，身管長２０７００毫米，膛室容積爲升，發射藥爲４２４千克，最大發射膛壓爲６４００千克／平方釐米，身管壽命約爲３６０～４２０發。可發射重１６００千克的被冒穿甲彈和高爆彈，穿甲彈和高爆彈的長度均爲米，最大射速爲～發／分，最大射程爲３６５２０米／３０度，炮口初速爲９０２米／秒，在射程爲３５０００米的距離上可擊穿３４０毫米的德制水平表面硬化裝甲。主炮俯仰角度爲－～＋３０度，炮塔水平旋轉速率爲５度／秒，高低俯仰速率爲６度／秒，射擊時的火炮後座距離爲米。裝填角度爲＋度，裝填機構採用的是半自動裝填方式裝填。
“俾斯麥”級Ｂ型戰列艦的主炮設計非常成功，性能非常優秀，不僅威力大，射速高，而且火力覆蓋面積大，使用範圍非常廣，除了用作常規的平射射擊外，還可以以高仰角對空射擊。“提爾皮茨”號在挪威抵抗英機轟炸時就這樣使用過主炮。
“俾斯麥”級戰列艦裝備有１６座１０５毫米高射炮、１６座３７毫米高射炮和４０門２０毫米高射炮。
有鑑於ＳＫ－Ｃ／３３型及ＳＫ－Ｃ／３７型１０５毫米高炮的身管制造也均採用了複雜的雙節套管結構工藝，延誤了原定的出廠交付日期，致使“俾斯麥”號戰列艦在剛服役時只安裝了上層建築第一層甲板上前部的４座ＳＫ－Ｃ／３３型高炮。海上訓練結束後，“俾斯麥”號返回碼頭時又安裝了８座更新型的ＳＫ－Ｃ／３７型高炮於上層建築第一層甲板的後部原本計劃等另外８座ＳＫ－Ｃ／３７型高炮到貨後，再替換下先前已安裝於前部的８座ＳＫ－Ｃ／３３型高炮，但出海後才發現ＳＫ－Ｃ／３３型與ＳＫ－Ｃ／３７型專用的火控系統互不匹配，致使在其後的“萊茵演習”行動中，無法對來襲的英機形成有效的中、近程對空火力。
在近程防空火力上，“俾斯麥”號主要由大量的３７毫米及２０毫米高炮構成。其中ＳＫ－Ｃ／３０型８３倍口徑３７毫米雙聯裝高炮，２０毫米高炮分爲兩座ＭＧ－Ｃ／３８型２０毫米四聯裝和２４座ＭＧ－Ｃ／３０型２０毫米單管裝兩種，由於２０毫米高炮大多爲單管裝，僅有兩座爲四聯裝，且兩型高炮均採用的是彈夾式供彈，在實際的使用過程中ＭＧ－Ｃ／３０型與ＭＧ－Ｃ／３８型的射速僅分別爲１２０發／分和２２０發/分，射擊時還必須由專人在炮位左側用手持式小型光學測距儀爲炮手提供目標參數，炮手用常規準星瞄具對目標瞄準，實戰中難以形成足夠密度的近程對空火力。