Thiết kế của lớp Brooklyn xuất phát từ Hiệp ước Hải quân London năm 1930, vốn giới hạn việc chế tạo tàu tuần dương hạng nặng, là những tàu chiến mang cỡ nòng pháo giữa 6,1 cho đến 8 inch. Hoa Kỳ không ưa chuộng quyết định này, với quan điểm rằng các tàu chiến với cỡ pháo lớn phù hợp cho những nhu cầu tại Thái Bình Dương. Việc thiết kế được bắt đầu vào năm 1930, với bốn chiếc đầu trong lớp được đặt hàng vào năm 1933 và bổ sung thêm ba chiếc nữa vào năm 1934. Các tiêu chí căn bản về tốc độ và tầm xa hoạt động cần theo kịp các tàu tuần dương hạng nặng, khi lớp tàu tuần dương Mogami của Nhật Bản trang bị mười lăm pháo 6 inch xuất hiện, những tàu chiến mới của Mỹ phải theo kịp về vũ khí. Các cách kết hợp khác nhau giữa vỏ giáp và động cơ đã được thử trong những nỗ lực nhằm giữ chúng trong phạm vi giới hạn trọng lượng choán nước tiêu chuẩn 10.000 tấn của Hiệp ước.

Các khẩu pháo 6 inch Mark 16 thuộc về một thiết kế mới, có khả năng bắn quả đạn pháo nặng 59 kg (130 lb) đi xa đến 23.900 m (26.100 yard). Dự định trang bị pháo phòng không 1,1 inch đã không thể thực hiện, và yêu cầu chỉ có thể đáp ứng trọn vẹn vào năm 1943; các giải pháp trung gian đã được chấp thuận.

Từ năm 1942, cấu trúc cầu tàu được hạ thấp và thiết bị radar được bổ sung. Việc bổ sung vũ khí phòng không được đặt ra với bốn khẩu đội 40 mm bốn nòng và bốn khẩu đội 40 mm nòng đôi, nhưng không thể đáp ứng. Trong thực tế chúng được trang bị các kiểu phối hợp pháo Oerlikon 20 mm và Bofors 40 mm khác nhau, trong đó 28 khẩu 40 mm (4×4, 6×2) và 20 khẩu 20 mm (10×2) là cấu hình thông dụng nhất.

Hai chiếc thuộc lớp tàu tuần dương hạng nhẹ St. Louis là những thiết kế cải tiến của lớp Brooklyn, có thiết kế mới về nồi hơi, vỏ giáp, và dàn pháo hạng hai dựa trên bốn tháp pháo nòng đôi; trong khi Wichita là một phiên bản tàu tuần dương hạng nặng (được Hiệp ước London cho phép). Hai lớp tàu tuần dương thời chiến tranh Baltimore và Cleveland đều dựa trên lớp Wichita và lớp St. Louis tương ứng, và do đó hầu hết tàu tuần dương được Mỹ chế tạo trong Thế Chiến II đều xuất phát từ thiết kế của lớp Brooklyn.[2]