1910年日本海军选定由英国设计建造“金刚”号战列巡洋舰的同时，以引进最新主力舰设计建造技术为目的派出进修人员赴英国学习。由日本自行设计的扶桑级舰体设计参考金刚级战列巡洋舰的图纸进行战列舰化改进。防护比金刚级增强，设计航速22.5节。在舰体中后部增加两座主炮炮塔，六座双联装主炮炮塔布置在舰体纵向中轴线上：一号二号炮塔呈背负式在舰桥前方；三号炮塔在前主桅与一号烟囱之后；四号炮塔在二号烟囱与后主桅之间；五号六号炮塔呈背负式在后主桅后方。锅炉舱被舰体中部的主炮炮塔隔成前后两个部分。主炮采用与金刚级相同的双联装356毫米口径主炮，16门152毫米口径炮廓式副炮配置在长艏楼中。其布置方式的缺点是：动力舱空间受到限制，需要重装甲带防御部分延伸过长，主炮齐射时炮口爆风会横扫全舰，火炮射击时会对上层建筑的产生冲击以及相互干扰。由于是日本海军第一次尝试自行设计建造超无畏级战列舰，扶桑逗晌级整体布局、建造技术以及经验的不足，整体而言并不理想。而且后来现代化改装时发现舰面被炮塔占据过多的空间，导致可利用改造的空间十分狭窄。扶桑级战列舰完工时是当时世界上排水量最大的战列舰。两舰服役之后，均加入日本海军第一战列舰战队。在第一次世界大战结束之后，日本海军总结英、德日德兰海战的教训，发现在远瞎指蔽距离舰队炮战中，甲板的装甲防护十分重要。但是扶桑级的甲板装甲比较薄，这是一个致命弱点。
扶桑级的设计缺陷让她在服役过程中实施过多次改造，但基本布局不变使得改良效果有限，在二战爆发时扶桑级整体技术已属过时；在中途岛战役后日本航空母舰大规模折损时曾经有提案将扶桑级改造为航空战列舰，并打算在1943年6月动工，最后因日向号炮塔爆炸意外让高层决定由伊势级战列舰实施改造，扶桑级的改造计划并未实行。 扶桑级的锅炉使用日本设计的宫原式油煤混烧水管锅炉，搭配2具英国制造的柯蒂斯-布朗直联式蒸气涡轮机，涡轮机内有低·中·高压三组涡轮，每组涡轮机带动2轴螺旋桨。舰上装有4千长吨煤炭与1千长吨燃油，可让扶桑级在14节航速下有着8千海里续航力。锅炉舱因第三主炮而隔离层前后部分，这个因主炮布局而妥协的设计日后仍被认为相当不理想；前舱为一、二号锅炉室，由前烟囱排烟；后锅炉舱为三、四号锅炉室，由后烟囱排放；前舱由于过于靠近舰桥结构，另外还出现了高热传导与浓烟乱窜的副作用，使舰体需要花费额外的空间装设隔热设备。涡轮机组则分为前、后机械舱放在第四炮塔后方，前机舱放置中压带动外部螺旋桨，后机舱放置低·高压带动内部螺旋桨。
海试表现上，扶桑号最高输出46,500匹轴马力、航速23节；山城号最高输出47,730匹轴马力、航速23.3节。虽然都超过美国纽约级战列舰的21节，但只是勉强达成23节门槛，一般航速仍维持在22.5节。 在“单舰优越主义”磨州下，扶桑级最初便规划为一艘12门主炮的战列舰，但当时海军大国自身的造舰策略比较保守，只有在外销战列舰上才敢“因应顾客需求”做出某些设计突破，所以即使是英国也没有堪称成熟的多主炮配置构思；要怎样配置如此数量的舰炮成为一大考验。
为此，舰政本部也请教过英国维克斯公司的意见；英方除了传统双连装炮塔配置，也提出采美国与意大利战列舰的方式设计一型三连装主炮炮塔，但是日本海军以三连装主炮著弹散布界过广以及技术不成熟等理由，决定采6座双连装炮塔的配置。双联装主炮炮塔全部装备在舰体中心线，舰体前、后部各安装两座采用背负式，舰体中部在烟囱前后各安装一座。主炮口径当时无特别要求，因此采用了金刚级主炮，每座炮塔重625吨，采用以锅炉蒸气带动的蒸气泵提供水压动力；俯仰角为-5~+20度，旋转角度为中心线左右各150度，装填只能固定于仰角5度的状态下，比起金刚级的25度仰角及自由角度装填机能来说限制颇多，因此射速只能每分钟1发。
虽然帐面上看起来扶桑级似乎火力优于列强战列舰，但是当时的射击技巧是采2座主炮以交叉射击的方式取得最佳开火效率；扶桑级却没有设计第三个射击指挥平台，实务射击采2-1.1-2的火力配置模式，并没有善用炮塔增加后的优点。采用崭新的主炮布局问题也在海试时表露无遗：重装甲带防御部分延伸过长，可改造空间狭窄，火炮射击时会对上层建筑的产生冲击以及相互干扰，主炮齐射时炮口爆风会覆盖全舰。
除了主炮，扶桑级当时还保留了水下固定式鱼雷管设计，6具21吋（533毫米）鱼雷管平均配置在舰体两侧。 扶桑级的装甲主要由维克斯渗碳装甲构成，装甲带设计为典型的前日德兰型战列舰配置，防御导向为针对1万米左右的射击而设计，对长距离大仰角弹防御力不佳，装甲总重量为8726吨，约占总排水量的29%，比起前代河内级的25%略为增加。在1910年代初，日本的工业生产设施生产不出12英吋（305公厘）以上厚度的装甲，这成为了扶桑级的防护设计最大限制；指挥塔装甲305公厘，为全舰防御力最强之部位；主水线装甲带厚度303公厘，水线上侧面装甲229公厘；水线下装甲厚度102公厘；甲板装甲介于32-51公厘；主炮装甲炮盾279.4公厘(11英吋)，侧面228.6公厘(9英吋)，顶盖114.5公厘(4.51英吋)；副炮炮盾厚152公厘；船只的水密隔舱有737个(水面上163个，水面下574个)。本舰设计也依循一次世界大战前战列舰概念，将煤仓设置在锅炉室左右舷外侧，充当防鱼雷隔舱使用，所以轮机系统并没有增设额外的防护装甲。
扶桑级的主炮过多，连带让装甲带过度延长，过长的装甲带在摊平吨位后，扶桑级的要害部位防御力在各国战列舰来说并不优异；扶桑级全舰有6成的长度设有主炮、有5成的长度内设有弹药库，而且因为多安装炮塔的结果导致舰体中段设计成弹药库-锅炉-弹药库-锅炉的高风险方式，一般军舰被击中轮机段顶多担心失去动力，但扶桑级还得担心锅炉带的高温可能诱爆弹药的危机。相比来说，金刚级全长中只有33%的比例为弹药库或主炮，轮机段也集中设置，即便被弹遭命中致命部位的可能性也较低。日军自己的实测也评估扶桑级的主装甲无法承受14英吋主炮以上的炮击，即使防御力优于金刚级，以战列舰互角的观点来说与裸奔没啥两样。1930年代近代化改装时扶桑号的强化重点也在甲板装甲及水下防护，改良后的装甲总重量增加到12395吨，占总排水量31%，但即便如此面对美军战列舰来讲仍不理想。
