Trong Chương trình Tăng cường Hạm đội năm 1931, tin rằng đang bị thiếu hụt lực lượng tàu tuần dương, Hải quân Nhật quyết định chế tạo theo hạn ngạch tối đa mà Hiệp ước Hải quân Washington cho phép. Điều này đã đưa đến việc lựa chọn cho lớp Mogami cỡ pháo 155 mm (6,1 inch) bố trí trên năm tháp pháo ba nòng (lần đầu tiên tại Nhật Bản) có góc nâng lên đến 55°, làm cho Mogami trở thành một trong những lớp tàu tuần dương hiếm hoi trang bị dàn pháo chính đa dụng (bắn mục tiêu mặt đất lẫn trên không); phối hợp cùng với sự bảo vệ bằng hỏa lực pháo phòng không rất mạnh cùng với những ống phóng ngư lôi tiêu chuẩn đặt trên bệ xoay nạp lại được, vốn cũng là đặc tính độc đáo riêng của Hải quân Nhật.

Để hạn chế trọng lượng, kỹ thuật hàn điện được áp dụng cũng như sử dụng nhôm trong cấu trúc thượng tầng. Nhằm mục đích đáp ứng những giới hạn về trọng lượng cho tàu tuần dương hạng nhẹ, chúng chỉ được trang bị mười nồi hơi (so với 12 nồi hơi trang bị cho những lớp Takao và Myoko trước đó), nối vào một ống khói duy nhất. Kiểu động cơ turbine hộp số mới bổ sung thêm công suất 22.000 mã lực so với lớp Takao, giúp gia tăng tốc độ tối đa thêm 2,8 km/h (1,5 knot). Tuy vậy, sự bảo vệ không bị giới hạn, khi những tàu chiến trong lớp có thể chịu đựng được những tổn hại đáng kể.

Nhưng những nhà thiết kế đã dồn nén quá mức tải trọng con tàu. Trọng lượng bên trên quá nặng dẫn đến sự mất ổn định, và việc bắn pháo thử nghiệm gây nứt các mối hàn. Các tấm đắp thêm được bổ sung trên thân những chiếc Mogami và Mikuma, và được bổ sung vào thiết kế của Kumano và Suzuya, khiến chiều ngang thân tàu tăng lên 19,2 m (63 ft) và lượng rẽ nước đến 11.200 tấn, làm giảm bớt tốc độ tối đa 3,7 km/h (2 knot).

Bắt đầu từ năm 1939, những chiếc trong lớp được cho tái cấu trúc một cách đang kể, thay thế các tháp pháo ba nòng 155 mm bằng những tháp pháo 203 mm (8 inch) nòng đôi, chuyển các khẩu pháo 155 mm nguyên thủy của chúng sang trang bị cho siêu thiết giáp hạm Yamato. Thực ra, các nhà thiết kế đã vẽ kiểu con tàu với ý định trong đầu sẽ chuyển các khẩu pháo 155 mm (6 inch) sang cỡ 203 mm (8 inch), nhằm mục đích biến chúng thành các tàu tuần dương hạng nặng và lách qua những giới hạn của Hiệp ước Hải quân London. Các đai giáp chống ngư lôi cũng được bổ sung. Nói chung, lượng rẽ nước của lớp tàu bị tăng lên trên 13.000 tấn, và tốc độ tối đa bị giảm còn 63,8 km/h (34,5 knot).