Các đặc tính thiết kế ban đầu của lớp Agano dự tính một trọng lượng rẽ nước biểu kiến 5.000 tấn trang bị sáu khẩu pháo 155 mm (6,1 inch) và 203 mm (8 inch) mục đích kép. Lớp vỏ giáp được thiết kế để bảo vệ chống lại đạn pháo 152 mm (6 inch), và các bộ phận trọng yếu được tăng cường thêm. Lớp Agano độc đáo so với các tàu tuần dương Nhật khác khi dàn pháo chính có thể nâng lên tới góc 55 độ, tuy rằng vẫn chưa đủ để tạo thành một vũ khí phòng không hiệu quả.

Động cơ của chúng bao gồm turbine hộp số bốn trục với sáu nồi hơi, tạo ra công suất 100.000 mã lực (75 MW) để đạt được tốc độ tối đa 65 km/h (35 knot). Giống như tàu tuần dương Yubari, lớp Agano có một ống khói gộp lớn duy nhất.

Khi hoàn tất, dàn pháo chính của nó có cùng kiểu pháo 152 mm (6 inch) như được trang bị trên lớp tàu chiến-tuần dương Kongō. Kiểu pháo này có thể bắn đầu đạn nặng 45 kg (100 lb) đi xa 21 km (22.970 yard). Dàn pháo hạng hai bao gồm bốn khẩu 80 mm, thực ra có cỡ nòng 76,2 mm (3 inch) bố trí trên hai tháp súng nòng đôi, có thể bắn đầu đạn 6 kg (13,2 lb) và là một cỡ đạn pháo độc đáo riêng của Hải quân Nhật. Chúng còn được trang bị 32 pháo phòng không 25 mm Kiểu 96. Ống phóng ngư lôi được bố trí trên trục dọc con tàu như vẫn thường thất trên các tàu khu trục, và có một hệ thống nạp đạn nhanh với tám ngư lôi dự trữ. Thiết kế còn có một máy phóng máy bay phía trước cột ăn-ten chính và chỗ chứa cho hai thủy phi cơ, cùng các thiết bị thả mìn sâu.

Trong các đợt nâng cấp sau đó, số lượng súng phòng không 25 mm được tăng lên 46 vào năm 1944, rồi nâng lên 52, và cuối cùng là 61 vào tháng 7 năm 1944 trên những tàu còn sống sót.