Thiết kế của chúng là sự tiến hóa từ lớp tàu Myōkō trước đó, với trang bị vũ khí ngư lôi mạnh hơn và một cấu trúc cầu tàu lớn hơn, hầu như giống như của một chiếc thiết giạ́p hạm.

Dàn pháo chính của chúng bao gồm mười khẩu 203 mm (8 inch); cùng được trang bị mười sáu ống phóng ngư lôi 610 mm (24 inch), nhiều hơn so với những chiếc thuộc lớp Myōkō và lớp Mogami), khiến cho lớp Takao trở thành những tàu tuần dương được vũ trang mạnh nhất của Hải quân Đế quốc Nhật Bản. Khiếm khuyết duy nhất là chúng được xem là có cấu trúc thượng tầng bên trên quá nặng nên có xu hướng dễ bị lật úp, trong khi tháp pháo số 3 có góc bắn khá kém. Hai vấn đề này được khắc phục trong thiết kế của lớp tiếp theo Mogami; dù sao lớp Takao cũng được xem là những tàu tuần dương tốt nhất mà Hải quân Nhật từng chế tạo.