Gneisenau được đặt lườn tại xưởng tàu của hãng AG Weser ở Bremen, Đức vào năm 1904 dưới số hiệu chế tạo 144. Nó được hạ thủy vào ngày 14 tháng 6 năm 1906 và được đưa ra hoạt động gần hai năm sau đó, vào ngày 6 tháng 3 năm 1908. Con tàu đã làm tiêu tốn của Chính phủ Đức 19.243.000 Mác,[3] và được thiết kế để phục vụ cùng Hạm đội Biển khơi Đức,[4] tuy nhiên nó tỏ ra quá yếu kém để có thể phục vụ cùng hạm đội chiến trận; thay vào đó nó được bố trí hoạt động ở nước ngoài, một vai trò mà nó đảm nhiệm rất tốt.[5]

Gneisenau có chiều dài chung 144,6 mét (474 ft), mạn thuyền rộng 21,6 m (71 ft) và tầm nước 8,37 m (27 ft 6 in). Con tàu có trọng lượng choán nước tiêu chuẩn 11.616 tấn (11.433 tấn Anh; 12.804 tấn thiếu)[Chuyển đổi: Tùy chọn không hợp lệ], và lên đến 12.985 t (12.780 tấn Anh; 14.314 tấn thiếu) khi đầy tải. Thủy thủ đoàn đầy đủ của nó bao gồm 38 sĩ quan và 726 thủy thủ. Con tàu được vận hành bởi động cơ hơi nước ba buồng bành trướng đốt than cung cấp một tốc độ tối đa 23,6 hải lý trên giờ (43,7 km/h; 27,2 mph).[3]

Dàn vũ khí chính của Gneisenau bao gồm tám khẩu pháo 21 cm (8,3 in) SK L/40 bắn nhanh[Ghi chú 2] gồm bốn khẩu trên hai tháp pháo nòng đôi bố trí phía trước và phía sau cấu trúc thượng tầng, số còn lại đặt trên những tháp pháo nòng đơn hai bên mạn tàu. Dàn pháo hạng hai bao gồm sáu khẩu 15 cm (5,9 in) SK L/40 bắn nhanh bố trí trong các tháp pháo ụ kiểu MPL C/06;[Ghi chú 3][6] và mười tám khẩu pháo 8,8 cm (3,46 in) SK L/45 bắn nhanh bố trí trong tháp pháo ụ. Nó còn được trang bị bốn ống phóng ngư lôi ngầm 44 cm (17 in), gồm một trước mũi, một phía đuôi và một mỗi bên mạn giữa tàu, tất cả đều được đặt trên mặt nước.[3]