Lớp Balao được người Mỹ có nhiều điểm tương đồng thiết kế của lớp Gato trước đó. Cải tiến nổi bật nhất của lớp Balao là người Mỹ sử dụng thép cường độ cao HTS, có độ dày và độ đàn hồi cao hơn hẳn so với loại thép được dùng làm vỏ tàu của các tàu ngầm lớp Gato, để làm vỏ tàu của các tàu ngầm lớp Balao.[4] Chính nhờ điều này mà các tàu ngầm lớp Balao có thể lặn xuống độ sâu tối đa khoảng 200 mét, sâu hơn khoảng 30 mét so với độ sâu tối đa mà những tàu ngầm lớp Gato có thể lặn xuống, nhưng được hạ xuống còn 120 mét để đảm bảo sự an toàn của thủy thủ đoàn.[4]

Hình dáng bên ngoài của lớp Balao cũng được thay đổi đáng kể. Hệ thống đảo thượng tầng và cột kính tiềm vọng đã được tối giản để giảm khả năng tàu bị phát hiện khi nổi trên mặt nước. Toàn bộ mái che đã được tháo bỏ khỏi đảo thượng tầng của các tàu ngầm lớp Balao để giảm độ nặng của tàu, và có thể lắp đặt thêm các khẩu pháo phòng không và mở rộng hệ thống radar và ăng ten phụ.[4]

Lionfish có chiều dài tổng thể là 95 mét, và có mức choán nước là 1.526 tấn Anh (1.550 tấn) khi nổi và 2.414 tấn Anh (2.453 tấn) khi lặn.[5] Con tàu sử dụng bốn động cơ diesel chín xi lanh có piston đối đỉnh Fairbanks-Morse 38D8-1⁄8, kết hợp với bốn động cơ điện Ellitott, và hai ắc quy Sargo 126 cell. Hệ thống kết hợp này có ưu điểm lớn là các động cơ có thể tự hoạt động một cách độc lập với nhau trong bất kỳ tình huống nào, bao gồm trường hợp dùng chúng làm động cơ dẫn động máy phát điện và động cơ dẫn động trục chân vịt.[4] Động cơ đầy của tàu có thể tạo ra mức công suất tối đa là 5.400 shp khi nổi, 2.740 shp khi lặn, đồng thời giúp con tàu đạt được tốc độ di chuyển tối đa là 20,25 knot khi nổi và 8,75 knot khi lặn.[4] Lionfish có tầm hoạt động là 11.000 hải lý khi nổi ở vận tốc 10 knot/giờ và có thể tác chiến tuần tra liên tục trong vòng 75 ngày.[4]

Lionfish được lắp đặt 10 ống phóng ngư lôi 21-inch (sáu ống ở mũi tàu và bốn ống ở đuôi tàu) và mang tổng cộng 24 quả ngư lôi Mark 14 (sau đó được thay thế bởi ngư lôi điện Mark 18).[4] Con tàu được lắp đặt hệ thống điện tử TDC (Torpedo Data Computer), có thể xử lý dữ liệu thu được từ kính tiềm vọng hoặc sonar của tàu và cho ra những thông số chính xác về khoảng cách tới các mục tiêu, góc bắn và tốc độ di chuyển của tàu đối phương.[4] Lionfish ban đầu được trang bị một khẩu hải pháo 5-inch/25-caliber Mark 17, một khẩu pháo Bofors 40 mm và hai khẩu súng máy hạng nặng M3 Browning không cố định (khi cần sẽ mang lên boong tàu sử dụng).[4] Con tàu có thể mang được tối đa 40,88 tấn đạn dược các loại. Cảm biến điện tử của tàu bao gồm hệ thống Sonar QC,[6] radar dò tìm mặt biển SJ,[7] radar cảnh giới bầu trời SD,[8] và kính tiềm vọng của tàu được tích hợp radar đo khoảng cách ST.

Lionfish được đặt lườn tại Công ty Đóng tàu Cramp ở Philadelphia vào ngày 15 tháng 12 năm 1942. Con tàu được hạ thủy vào ngày 7 tháng 11 năm 1943 và được đỡ đầu bởi Bà Harold C. Train. Lionfish sau đó được đưa đến Xưởng Hải quân Portsmouth ở Kittery, Maine để lắp đặt trang thiết bị, trước khi chính thức nhập biên chế vào ngày 1 tháng 11 năm 1944, dưới sự chỉ huy của Thiếu tá Edward D. Spruance, con trai của Đô đốc Raymond A. Spruance và đã có kinh nghiệm phục vụ trên tàu ngầm USS Tambor.[9]