Thiết kế của lớp Salmon được cải tiến dựa trên lớp Porpoise Kiểu P-5 dẫn trước, là thế hệ tàu ngầm đầu tiên đạt được tốc độ 21 hải lý trên giờ (39 km/h) với một hệ thống động lực tin cậy, cho phép chúng hoạt động phối hợp với các thiết giáp hạm tiêu chuẩn trong đội hình hạm đội.[8] Ngoài ra, tầm hoạt động 11.000 hải lý (20.000 km) mà không cần tiếp thêm nhiên liệu cho phép chúng tuần tra đến tận vùng biển nhà Nhật Bản. Hệ thống động lực "tổng hợp" bao gồm bốn động cơ diesel, gồm hai chiếc vận hành trực tiếp trục chân vịt và hai chiếc để chạy máy phát điện dùng cho nạp ắc quy hay tăng tốc trên mặt nước.[9] Lườn tàu có cấu trúc vỏ kép một phần với hai đầu là vỏ đơn, vốn là một phiên bản hoàn thiện hơn của chiếc USS Dolphin (SS-169) và áp dụng thành công trên lớp Porpoise Kiển P-3 và P-5,[10] kỹ thuật hàn đã được các xưởng tàu áp dụng rộng rãi cho toàn bộ cấu trúc con tàu.[11][12]

Sturgeon có chiều dài 308 foot (94 m), với trọng lượng choán nước khi nổi là 1.435 tấn Anh (1.458 t) và khi lặn là 2.198 tấn Anh (2.233 t).[4] Nó được trang bị động cơ General Motors Kiểu 16-248 V16, công suất 1.535 hp (1.145 kW) mỗi chiếc.[13][14][15] Vũ khí trang bị chính được tăng lên tám ống phóng ngư lôi 21 in (530 mm), gồm bốn ống trước mũi và bốn ống phía đuôi,[16] và được bổ sung máy tính dữ liệu ngư lôi để chúng hiệu quả hơn.[17] Con tàu còn có một hải pháo 3 inch/50 caliber trên boong tàu và bốn súng máy M1919 Browning .30-caliber (7,62 mm).

Sturgeon được đặt lườn tại Xưởng hải quân Mare Island ở Vallejo, California vào ngày 27 tháng 10, 1936. Nó được hạ thủy vào ngày 15 tháng 3, 1938, được đỡ đầu bởi bà Alice N. Freeman, và được cho nhập biên chế cùng Hải quân Hoa Kỳ vào ngày 25 tháng 6, 1938 dưới quyền chỉ huy của Hạm trưởng, Thiếu tá Hải quân A. D. Barnes.[1][18][19]