Bayern được đặt hàng dưới cái tên tạm thời "T" vào năm 1912[1][Ghi chú 3] theo đạo luật Hải quân thứ tư được thông qua trong năm đó.[2] Công việc được bắt đầu tại xưởng tàu Howaldtswerke ở Kiel dưới số hiệu chế tạo 590. Con tàu được đặt lườn vào năm 1913 và được hạ thủy vào ngày 18 tháng 2 năm 1915. Sau khi được trang bị và chạy thử máy, con tàu được đưa ra hoạt động vào ngày 15 tháng 7 năm 1916, không kịp tham gia trận Jutland diễn ra một tháng rưỡi trước đó. Nó làm tiêu tốn của Chính phủ Đế quốc Đức 49 triệu Mác vàng Đức.[1] Bayern sau đó được tiếp nối bởi sự tham gia hoạt động của một tàu chị em, chiếc Baden; trong khi hai chiếc khác trong lớp, Sachsen và Württemberg, bị hủy bỏ trước khi hoàn tất.[3]

Bayern có chiều dài ở mực nước là 179,4 m (589 ft), và chiều dài chung 180 m (590 ft). Nó có mạn thuyền rộng 30 m (98 ft) và độ sâu của mớn nước 9,3–9,4 m (31–31 ft). Bayern được thiết kế với trọng lượng choán nước thông thường là 28.530 t (28.080 tấn Anh), nhưng tải trọng tối đa trong chiến đấu lên đến 32.200 t (31.700 tấn Anh). Nó được vận hành bởi ba turbine hơi nước Parsons[Ghi chú 4] với công suất thiết kế 35.000 mã lực càng (26.000 kW), với ba nồi hơi đốt dầu và mười một nồi hơi đốt than của hãng Schulz-Thornycroft; đã đạt đến công suất 55.967 shp (41.735 kW) khi chạy thử máy và có được tốc độ tối đa 22 hải lý trên giờ (41 km/h; 25 mph).[1] Con tàu mang theo 3.400 t (3.300 tấn Anh) than và 620 t (610 tấn Anh) dầu, cho phép có được tầm xa hoạt động 5.000 hải lý (9.300 km; 5.800 dặm) ở tốc độ đi đường trường 12 kn (22 km/h; 14 mph).[4]

Bayern là tàu chiến Đức đầu tiên trang bị tám khẩu pháo 38 cm (15 in) cho dàn pháo chính, được bố trí trên bốn tháp pháo nòng đôi với hai tháp pháo bắn thượng tầng phía trước và phía sau.[5] Dàn pháo hạng hai bao gồm mười sáu khẩu SK 15 cm (5,9 in) L/45, sáu khẩu 8,8 cm (3,5 in) và năm ống phóng ngư lôi ngầm 60 cm (24 in), gồm một ống trước mũi và hai ống mỗi bên mạn tàu. Khi đưa vào hoạt động, biên chế con tàu có 42 sĩ quan và 1.129 thủy thủ.[3]