Trong một cuộc hội nghị vào tháng 5 năm 1907, Văn phòng Hải quân Đức quyết định tiếp nối theo chiếc tàu chiến-tuần dương duy nhất Von der Tann[Ghi chú 3] bằng một thiết kế được mở rộng.[5] Ngân sách 44 triệu Mác vàng dành cho tài khóa 1908 tạo ra khả năng tăng cường kích cỡ vũ khí của dàn pháo chính từ 28 cm (11 in) trên những thiết kế trước lên 30,5 cm (12,0 in). Tuy nhiên, Đô đốc Alfred von Tirpitz cùng với Văn phòng Chế tạo tranh luận rằng việc gia tăng số lượng pháo từ 8 lên 10 khẩu là hợp lý hơn, vì cỡ pháo 28 cm đã đủ để đối đầu ngay cả với thiết giáp hạm. Tirpitz còn lập luận rằng do các lực lượng tuần tiễu của Hải quân Hoàng gia Anh có ưu thế về số lượng, sẽ khôn ngoan hơn để gia tăng số lượng pháo chính thay vì gia tăng cỡ nòng.[5] Bộ tham mưu Hải quân lại giữ quan điểm cho rằng để thiết kế mới có thể tác chiến hiệu quả trong hàng chiến trận, chúng cần có cỡ pháo 30,5 cm. Cuối cùng Tirpitz và Văn phòng Chế tạo đã thắng cuộc tranh cãi, và Moltke được trang bị mười khẩu pháo 28 cm. Văn phòng Chế tạo cũng bắt buộc các con tàu mới phải có vỏ giáp tương đương hoặc vượt trội hơn Von der Tann và một tốc độ tối đa ít nhất 24,5 hải lý trên giờ (45,4 km/h).[5]

Trong quá trình thiết kế, trọng lượng của con tàu bị nặng thêm do gia tăng kích cỡ thành trì, độ dày của vỏ giáp, bổ sung trữ lượng đạn dược và tái bố trí hệ thống nồi hơi. Kế hoạch ban đầu dự định chỉ chế tạo một chiếc dựa trên thiết kế mới, nhưng do áp lực nặng mà đội ngũ thiết kế hải quân phải chịu đựng, người ta quyết định chế tạo hai chiếc của kiểu mới.[5] Chúng được gọi dưới những cái tên hợp đồng "Tàu tuần dương G" và "Tàu tuần dương H". Do hãng Blohm & Voss đưa ra giá thầu thấp nhất để chế tạo "Tàu tuần dương G", họ cũng giành được hợp đồng đóng "Tàu tuần dương H". Chiếc thứ nhất được phân bổ trong tài khóa 1908–1909, trong khi chiếc thứ hai được phân cho tài khóa 1909–1910.[6]

Hợp đồng cho "Tàu tuần dương G" được trao vào ngày 17 tháng 9 năm 1908 dưới số hiệu chế tạo 200. Nó được đặt lườn vào ngày 7 tháng 12 năm 1908 và được hạ thủy vào ngày 7 tháng 4 năm 1910. "Tàu tuần dương G" được đưa ra hoạt động vào ngày 30 tháng 9 năm 1911 như là chiếc SMS Moltke.[1] Tên của con tàu được đặt theo Thống chế Helmuth von Moltke, Tổng tham mưu trưởng quân đội Phổ vào giai đoạn giữa thế kỷ 19.[2] "Tàu tuần dương H" được đặt hàng vào ngày 8 tháng 4 năm 1909 với số hiệu chế tạo 201. Nó được đặt lườn vào ngày 12 tháng 8 năm 1909 và được hạ thủy vào ngày 28 tháng 3 năm 1911. Sau khi hoàn tất việc trang bị, "Tàu tuần dương H" được nhập biên chế vào ngày 2 tháng 7 năm 1912 như là chiếc SMS Goeben;[1] tên của nó được đặt theo August Karl von Goeben, một vị tướng Phổ từng phục vụ trong cuộc Chiến tranh Pháp-Phổ.[7]