North Carolina được đặt lườn vào ngày 27 tháng 10 năm 1937 tại xưởng hải quân New York và được hạ thủy vào ngày 13 tháng 6 năm 1940; được đỡ đầu bởi Isabel Hoey, con gái Thống đốc bang Bắc Carolina Clyde R. Hoey, và được đưa vào hoạt động tại New York ngày 9 tháng 4 năm 1941 dưới sự chỉ huy của Thuyền trưởng, Đại tá Hải quân Olaf M. Hustvedt. Vì là chiếc thiết giáp hạm nhanh và vũ khí nặng (với dàn pháo chính 406 mm/16 inch) đầu tiên được Hải quân Mỹ đưa vào hoạt động, North Carolina được sự quan tâm đáng kể trong lúc trang bị và chạy thử máy đến mức nó được gán cái tên lóng là "Showboat" (con tàu trình diễn).[2]

Vì North Carolina là thiết giáp hạm hiện đại đầu tiên được Mỹ chế tạo sau trên hai thập niên, nó được áp dụng những kỹ thuật đóng tàu mới nhất có được vào thời đó. Trọng lượng rẽ nước tiêu chuẩn bị khống chế ở mức 35.000 tấn do những giới hạn đặt ra bởi cả Hiệp ước Hải quân Washington và Hiệp ước Hải quân London, cũng như mạn tàu không lớn hơn 33,5 m (110 ft) do những cửa mở của kênh đào Panama, và một mớn nước 11,5 m (38 ft) để cho phép con tàu có thể sử dụng tối đa các chỗ neo đậu và các xưởng hải quân sẵn có, con tàu quả là một thách thức lớn cho việc thiết kế.[3]

Để giảm trọng lượng, North Carolina được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật hàn mới. Sự sắp xếp những máy móc của nó cũng theo cách khác thường bao gồm bốn ngăn chính, mỗi ngăn có hai nồi hơi và một turbin nối trực tiếp với một trong số bốn trục chân vịt của nó. Việc sắp xếp như vậy giúp giảm bớt số cửa mở trong các vách ngăn kín nước và tiết kiệm chỗ được bảo vệ bởi vỏ giáp. Sàn tàu dạng suôn thẳng của North Carolina và cấu trúc có dáng thuôn làm cho nó trông đẹp mắt hơn nhiều so với những thiết giáp hạm trước đây. Tháp chỉ huy phía trước lớn, sắp xếp theo tầng không chia cụm, cấu trúc thượng tầng và thân tàu gọn gàng là một sự đột phá so với cầu tàu kiểu cũ, cột buồm kiểu ba chân nặng nề và các hộc tháp pháo hạng hai dọc theo thân tàu vốn là đặc trưng của những tàu chiến trước nó.[3] North Carolina là một trong số 14 tàu chiến đầu tiên được trang bị radar đời đầu CXAM-1 của hãng RCA.