Thiết kế lớp tàu tuần dương lớn dẫn trước của Đức, chiếc Blücher, là một sự gia tăng kích cỡ ấn tượng so với những tàu tuần dương bọc thép trước đó. Blücher được trang bị mười hai khẩu pháo 21 cm (8,3 in) và được thiết kế để đối phó với những gì mà người Đức biết được về lớp tàu chiến-tuần dương Invincible, vốn dự đoán là một phiên bản mở rộng và lặp lại kiểu tàu tuần dương bọc thép căn bản.[5] Khi đã có đủ thông tin về những chiếc tàu tuần dương mới của Anh, rõ ràng chúng không chỉ đơn giản là mở rộng trên những thiết kế trước đó, mà là một kiểu tàu chiến hoàn toàn mới, tàu chiến-tuần dương, mà Blücher yếu kém hơn toàn diện. Tuy nhiên, họ không có đủ kinh phí để thay đổi thiết kế của Blücher, nên chiếc tàu tuần dương dành cho tài khóa 1907 sẽ có một thiết kế hoàn toàn mới.[6]

Việc thiết kế Von der Tann được bắt đầu vào tháng 8 năm 1906, dưới cái tên tạm thời "tàu tuần dương F",[Ghi chú 3] cho dù còn có sự bất đồng về vai trò dự định của con tàu mới. Đô đốc Alfred von Tirpitz chủ trương một con tàu tương tự như những tàu chiến-tuần dương mới thuộc lớp Invincible của Anh: pháo hạng nặng, vỏ giáp nhẹ và tốc độ cao với ý định sử dụng trong vai trò tàu trinh sát cho hạm đội cũng như để tiêu diệt tàu tuần dương của hạm đội đối phương. Tirpitz không có ý định sử dụng con tàu trong hàng chiến trận chính.[7] Tuy nhiên, Kaiser Wilhelm II cùng với đa số sĩ quan của Văn phòng Hải quân Đế chế (Reichsmarineamt), có xu hướng muốn đưa con tàu vào hàng chiến trận sau khi bắt gặp đối phương, vốn yêu cầu một vỏ giáp mạnh hơn đáng kể.[8] Việc nhấn mạnh đến khả năng tác chiến trong hàng chiến trận là hậu quả của tình trạng thua sút của Hạm đội Biển khơi Đức về số lượng so với Hải quân Hoàng gia Anh.[7]

Nhiều đề nghị thiết kế được đệ trình, tất cả đều trang bị pháo hạng nặng với cỡ nòng từ 30,5 cm (12,0 in) đến 34,3 cm (13,5 in).[6] Tuy nhiên, những giới hạn về tài chính đã buộc phải sử dụng cỡ pháo nhỏ ít tốn kém hơn. Thiết kế sau cùng sử dụng cỡ pháo 28 cm (11 in) trên những tháp pháo nòng đôi giống như được trang bị cho hai chiếc thiết giáp hạm sau cùng của lớp thiết giáp hạm Nassau,[9] loại tháp pháo kiểu LC/1907 nâng bằng thủy lực[8] thay vì kiểu Drh LC/1906 nâng bằng điện.[10][Ghi chú 4] Bù lại, thiết kế phân bố một dàn pháo hạng hai tương đối mạnh mẽ.[11]

Trong một hội nghị vào tháng 9 năm 1906, nhiều bất đồng chung quanh thiết kế của con tàu được giải quyết. Giám đốc Chế tạo Hải quân von Eickstedt tranh luận rằng do các cuộc thử nghiệm nổ cho các hệ thống bảo vệ được đề nghị cho chiếc tàu chiến-tuần dương mới chưa được hoàn tất, việc chế tạo phải được hoãn lại hầu có thể áp dụng mọi thay đổi cho thiết kế nếu cần.[12] Ông cũng tranh luận rằng đạn pháo cỡ 21 cm (8,3 in) hoặc 24 cm (9,4 in) là đủ để xuyên thủng vỏ giáp những chiếc tàu chiến-tuần dương mới của Anh. Tuy nhiên, Đô đốc von Heeringen của Bộ tham mưu hải quân cho rằng, để con tàu có thể đối đầu với thiết giáp hạm đối phương, cỡ pháo 28 cm (11 in) là thực sự cần thiết.[13]

Đô đốc Capelle, Phó giám đốc Vũ khí Hải quân, cho biết phải đến giữa tháng 11 năm 190, việc thử nghiệm thiết kế hệ thống bảo vệ dưới nước mới hoàn tất. Ông đề nghị nếu vách ngăn chống ngư lôi cần được gia cường thêm, con tàu có thể quá nặng cho cỡ pháo 28 cm (11 in) nếu như trọng lượng choán nước khoảng 19.000 t (19.000 tấn Anh; 21.000 tấn thiếu) được duy trì. Đô đốc Tirpitz từ chối xem xét một cỡ pháo chính nhỏ hơn, ngay cả khi cần phải gia tăng tải trọng con tàu. Von Eickstedt đề nghị trang bị cỡ pháo hạng hai 17 cm (6,7 in) thay vì 15 cm (5,9 in) như thiết kế, nhưng trọng lượng nặng thêm khiến không thể trang bị đủ tám khẩu pháo chính.[13]

Vào ngày 22 tháng 6 năm 1907, Kaiser thông qua việc chế tạo "tàu tuần dương F",[8] được đặt tên Von der Tann, theo tên của Ludwig Freiherr von und zu der Tann-Rathsamhausen, vị tướng người Bavaria từng chiến đấu trong cuộc Chiến tranh Pháp-Phổ năm 1870. Hợp đồng chế tạo được trao cho xưởng tàu của hãng Blohm & Voss ở Hamburg vào ngày 26 tháng 9 năm 1907. Nó được đặt lườn vào ngày 21 tháng 3 năm 1908, và con tàu được hạ thủy đúng một năm sau đó vào ngày 20 tháng 3 năm 1909. Nó có tổng chi phí 36.523.000 Mác vàng Đức.[8]