Thiết kế của lớp Dunkerque rất sáng tạo, đáng kể nhất là toàn bộ dàn pháo chính được bố trí phía trước. Đây cũng là trường hợp lớp thiết giáp hạm Nelson của Hải quân Hoàng gia Anh, nhưng chúng có ba tháp pháo mang chín khẩu pháo, nên góc bắn của tháp pháo sau cùng bị giới hạn bởi tháp pháo trước mặt nó. Lớp Dunkerque sử dụng hai tháp pháo 330 mm bốn nòng cho phép một hỏa lực bắn ra phía trước không giới hạn. Do Hiệp ước Hải quân Washington giới hạn trọng lượng rẽ nước của những con tàu, sự sắp xếp tháp pháo bốn nòng có ưu điểm tiết kiệm được trọng lượng bọc thép cho tháp pháo so với bốn tháp pháo nòng đôi, trong khi có cùng một sức mạnh về hỏa lực. Khuyết điểm của nó là một phát đạn pháo may mắn bắn trúng duy nhất cũng đủ để loại khỏi vòng chiến một nửa hỏa lực dàn pháo chính của con tàu. Vì vậy các tháp pháo bốn nòng Pháp trên các lớp Dunkerque và Richelieu được phân chia bên trong nhằm cô lập sự hư hỏng;[12] và cũng nhằm tránh trường hợp một phát bắn trúng có thể gây hư hại cho cả hai tháp pháo, chúng được đặt cách nhau 27 m.[8] Mặt khác, toàn bộ dàn pháo chính đều bắn ra phía trước, hướng mà con tàu tiếp cận đối phương, ở một góc mà nó có tiết diện mục tiêu nhỏ nhất có thể.

Việc bố trí toàn bộ dàn pháo chính trên tháp pháo bốn nòng là đặc tính độc đáo của thiết kế những thiết giáp hạm Pháp cuối cùng. Chúng đã được dự định dành cho các lớp Normandie và Lyon ngay trước Chiến tranh Thế giới thứ nhất. Kết hợp với cách sắp xếp toàn bộ hướng ra trước, chúng cũng được áp dụng cho những chiếc Richelieu và Jean Bart tiếp theo. Tuy nhiên, trên những tháp pháo bốn nòng của Pháp, bốn nòng pháo không được bố trí độc lập, vì sẽ đòi hỏi một bệ tháp pháo đường kính quá lớn; từng cặp nòng pháo bên phải và bên trái được bố trí chung trên một bệ có cùng góc nâng.[8] Đây không phải là trường hợp các tháp pháo 14 inch bốn nòng trước và sau trên lớp thiết giáp hạm King George V của Anh Quốc, vốn được bố trí hoàn toàn độc lập với nhau.

Hai nòng pháo cùng cặp được bố trí gần với nhau đến mức, một hiệu ứng sóng dội xảy ra khi bắn đồng thời đưa đến sự phân tán điểm rơi đạn pháo quá mức,[13] vốn chỉ được sửa chữa vào năm 1948 trên những chiếc thuộc lớp Richelieu tiếp nối.[14]

Lần đầu tiên trên một thiết giáp hạm Pháp, dàn pháo hạng hai thuộc kiểu đa dụng có thể sử dụng để chống hạm lẫn phòng không tầm xa; với năm tháp pháo 130 mm gồm ba tháp pháo bốn nòng phía đuôi có cấu trúc hai cặp nòng pháo tương tự như cấu trúc tháp pháo 330 mm, và hai tháp pháo nòng đôi hầu như không che chắn bố trí hai bên cấu trúc thượng tầng giữa tàu.[15] Tuy nhiên, những khẩu pháo hạng hai này có cỡ nòng quá nhỏ cho nhiệm vụ chống hạm, và hiệu quả khá kém trong vai trò hỏa lực phòng không đối với máy bay bay nhanh ở tầm gần, ví dụ như máy bay ném bom bổ nhào, do có tốc độ bắn khá chậm chỉ có 10 phát mỗi phút.[16] Với chỉ năm tháp pháo phòng không 37 mm và một số súng máy 13,7 mm, những con tàu này thiếu sót một dàn hỏa lực nhẹ bắn nhanh mà sau này được tái trang bị cho lớp Richelieu.

Một tháp chỉ huy lớn được bố trí phía trước, lần đầu tiên được trang bị một thang nâng bên trong, bên trên được bố trí ba máy đo tầm xa trên cùng một trục, với trọng lượng nặng bên trên lên đến 85 tấn. Một tháp chỉ huy phụ với hai máy đo tầm xa bên trên được đặt giữa ống khói và các thiết bị máy bay phía sau. Thiết bị hỗ trợ máy bay bao gồm hầm chứa, máy phóng và cần cẩu, có khả năng phóng ba đến bốn thủy phi cơ.

Khi chạy thử máy ngoài biển, khói thoát ra từ ống khói đã ảnh hưởng đến hoạt động của máy đo tầm xa trên tháp chỉ huy phía sau, nên vào năm 1938, cả hai chiếc đều được bổ sung nắp ống khói, bị đặt cho biệt danh là "mũ quả dưa". Thực tế phục vụ trong chiến tranh cho thấy mũi tàu bị ướt nước và hư hại trong hoàn cảnh biển động nặng tại Bắc Đại Tây Dương vào mùa Đông.[13] Lớp thiết giáp hạm Scharnhorst của Đức cũng mắc phải những vấn đề tương tự, nhưng chúng được tái trang bị sau đó với một "mũi tàu Đại Tây Dương" được gia cố. Lớp Dunkerque dường như được chế tạo với cấu trúc tương đối nhẹ, nên chúng chịu hư hại do ảnh hưởng của gió mạnh, khói, rung động và sức giật của chính những khẩu pháo 330 mm của nó;[8] và như đã đề cập bên trên, sự gần nhau quá mức của hai nòng pháo trên mỗi cặp gây ra sự phân tán điểm rơi đạn pháo quá mức khi cùng bắn trong một loạt đạn pháo.[13]

Tỉ lệ tương đối trọng lượng vỏ giáp so với tải trọng thiết kế lên đến 36,8%, giá trị lớn nhất từng được ghi nhận cho đến lúc đó. Thiết kế vỏ giáp bảo vệ cũng rất hiện đại vào thời đó, áp dụng nguyên tắc "tất cả hoặc không có gì", không giống như các tàu chiến Đức đương thời. "Thành trì" bọc thép dài khoảng 126 m, tương đương với khoảng 60% chiều dài con tàu, để lại một phần dài trước mũi không được bảo vệ.[17] Đai giáp được thiết kế để chịu đựng đạn pháo 280 mm của Hải quân Đức.

Sau chiếc Dunkerque dẫn đầu, chiếc Strasbourg tiếp nối có thiết kế được nâng cấp, với những thay đổi nhỏ trong tháp phía trước tích hợp cả tháp chỉ huy lẫn cầu tàu, máy đo tầm xa được bố trí cao hơn,[17] và vỏ giáp mạnh hơn.