1号舰为“大和”、2号舰为“武藏”。3号舰“信浓”是因应对ink">美国作战需要设计变更为航空母舰并完工下水。
大和级战列舰的舰体长宽比为6.76:1，为主炮射击提供了稳定的平台并尽可能缩短了重装甲覆盖的面积；由于主机功率并不高，所以日本专家当年为了提高动力的利用效率，设计了40种船模进行论证，最终确定的是球鼻型船艏。大和号舰艏水线以上部分明显向外前倾，舰艏前端成半圆形，其两舷大幅度外张，借以减少舰艏上浪。舰艏水线以下部分采用球鼻艏，其位置在水线下约3米处，和尖削型舰艏相比，这种新构型可以减少8%的兴波阻力，同时还减少了约3米的水线，从而节省了30吨左右的排水量。
大和级安装4座蒸汽轮机，蒸汽压力25千克/平方厘米，蒸汽温度325度，最高输出功率153,553轴马力，最高速27.46节（试航状态），最大续航力10,000海里/16节（最大重油装载量6300吨）。大和舰还装有8座发电机，总功率为4,800千瓦。大和舰动力系统的效率甚至都比不上翔鹤级航空母舰采用的主机。但是正如前所述，由于球鼻型舰首的缘故，该舰阻力小，因而达到了设计所要求的27节航速。
武装方面，其装备三联装460毫米/45倍口径主炮3座，为隐瞒其真实口径，命名为“九四式四十厘米炮”，是当前口径最大的战列舰主炮，舰桥前呈背负式安装两座，舰桥后安装一座，三联装炮塔总重1720吨，炮身重165吨，加上弹药和炮塔装甲的总重约2700吨，相当于当时大型驱逐舰的排水量。发射的穿甲弹为91式穿甲弹，炮弹重量1460千克，在为20km处对垂直甲穿深494毫米，对水平装甲侵彻109毫米，30km处的数据分别为360毫米和189毫米。俯仰角+45°—-5°，填弹角度固定为+3°。火炮俯仰和炮塔转动均由液压驱动，俯仰速率8°/秒，炮塔旋转一周需3分钟。炮弹装填为半自动机械化装弹机，扬弹速度10发/分钟，但是射速只有1.8发/分钟，略低于Mk716英寸舰炮。单管火炮寿命200-250发。
4座（改装拆除2座）三联装三年式155毫米舰炮是最上级巡洋舰改装时拆卸下来的，以45°仰角时最大射程27公里，最大射高12000米，副炮既可以对舰也可以对空，射速5-7发/分钟。
高炮为双联装八九式127毫米高射炮6座（改装增加6座），配备机械式定时引信，对空最大射程14800米，最大射高9400米，射速14发/分钟，身管寿命800-1500发。此外装备大量日军制式三联装九六式25毫米高射机炮8座（改装增加至52座三联装和6挺单装），对空最大射程6800米，最大射高5000米，射速220发/分钟以及4挺九三式防空机枪，对空最大射程5000米，最大射高3000米，射速450发/分钟。
装甲方面，侧舷装甲带（最大）410毫米，炮塔（正面）650毫米，炮座560毫米，弹药舱顶板270毫米，上层甲板55毫米，主甲板200毫米，指挥塔（最大）495毫米。装甲重量21266吨。
大和级重视防护，是当时装甲最厚重的战列舰，侧舷水线装甲厚度41厘米拥有20度的倾斜角，两层水平装甲厚度合计超过25厘米，炮塔正面装甲厚度65厘米，其要害部位的装甲防护可谓是面面俱到。大和级战列舰是名副其实的是历史上最大的，主炮威力、装甲防护最强的战列舰。大和级的关键部位使用VHFace-Harden高硬度装甲板制造，乃是日本以英制KC-Type为基础改良而来，而KC-Type装甲则是在1913年跟着向英国购买的金刚号巡洋战列舰而引进日本的。但根据战后的射击测试结果，VH装甲其平均品质基本等于美军的Class-A装甲（英国的实弹射击报告中的最佳样本甚至优于英国之最佳样本）。
大和级在初建时，雷达技术尚未成熟。1941-1944年海军研发出首批舰用搜索雷达，并在1940年命名为22型对海电探（对海搜索雷达）、21型对空电探（对空搜索雷达），安装到多艘舰只。其中22型电探是日本第一型使用磁控管技术的雷达，而且是日本制造的电探中能发挥到较良好的性能，其雷达波长10厘米，属超短波对海雷达，功率2千瓦，22型的测距误差为700米，一般可探测到35公里内的战列舰、20公里内的巡洋舰、17公里内的驱逐舰。
而21型电探（1943年安装在大和级的93式15米基线倒分像立体测距仪上），其雷达波长1.5米，功率5千瓦，可探测100公里内的战机群、70公里内的战斗机、20公里内的战列舰；测距误差则有1-2公里。由于21型雷达过于笨重、功率低、可靠性差、故障率居高不下的弱点，因此大和级在1944年改装时，在后桅安装了新式的13型对空电探，但测距误差却大幅提高，其功率10千瓦，可探测50-100公里内的机群，50公里内的战斗机及30公里内的轰炸机。
大和级在1944年改装后，因此成为唯一一级拥有雷达信号接收能力的日本军舰，战时会使用E-27逆向电探（雷达信号接收机，1943年安装），它可接收300公里外敌舰雷达发出的侦测电波，并将雷达波数据传返舰上处理分析以提前预警。
此外，21型电探、13型电探、22型电探均没有采用方位显示器和距离显示器，因此它们完全无法提供目标的方位角资料，也无法提供仰角资料，只能通过反射波的大小猜测目标的情况（即“最大感度法”/“单瓣法”）。即便如此，和战争初期根本没有雷达预警的情况比起来，在有多种对空对海雷达后，大和级的预警能力还是多少得到了改善。
武藏号在1944年沉没，未有装上更多雷达及电子系统。大和号在1944年下半叶在球鼻型舰首内安装零号水下听音器，作为对潜艇威胁的警戒，和今天的舰首声纳颇有些相似之处。
大和级主炮的火控系统包括93式15米基线倒分像立体测距仪、98式射击仪、98式方位瞄准仪和机械式弹道计算机等。副炮配备有8米基线测距仪等光学瞄准设备，89式127毫米和96式25毫米高炮则有4.5米测距仪、2.5米测距仪和94式高射指挥仪等火控系统。
但整体来说，日本海军的雷达在性能上要比美国的同类产品落后，而且日本舰艇也没有安装火控雷达，因而使大和舰的夜战能力低于美国战列舰。
还有一些例子表明舰名在海军中流传开来：曾有炮术学校报名者把第一志愿到第三志愿全都填上“大和”。1943年源田实到横须贺海军炮术学校讲课时，说“世界三大笑话就是，万里长城，金字塔，大和武藏”，结果教导主任黛治夫把他狠训了一顿。在吴市曾有名坪井的水兵上岸公干，由于手插在口袋里违反军纪而被宪兵拘留，问及所属舰时自报大和号，对方立刻惊讶地问“是一号舰吗”，随即只是简单地批评教育一下就释放了。
不过至少对吴市和长崎的居民来说，超级巨舰早已不是秘密。在大和号（1号舰）下水后，从吴市的平原町就能清楚见之。可当时的平民自主配合军方政策：不向外人谈论该舰。但到了战争末期社会上已经开流传开来“海军拥有比长门更大的战列舰”的说法，大和战沉之后这个消息也在吴市悄悄流传。此时美军已经知道了两舰的舰名，于冲绳战役时投下宣传弹宣布“大和号已经沉没，其姐妹舰武藏号也在菲律宾海战沉了”。历史学家一般认为采取如此保密措施的原因是怕美国得知日本拥有18英寸主炮的战列舰后也建造同样火力的战列舰，从而在品质上赶超日本海军。牧野茂在对比日美战列舰的防御时说“设计上的漏洞实在不少，而其原因之一就是整个设计都是在密室里进行，这些机密措施导致的结果，是得不偿失的，这一点应当牢记于心”。
一号舰大和号下水服役时珍珠港事件与马来亚海战结束不久，大舰巨炮主义不敌空中优势的概念被普遍接受，主力舰渐开始由航空母舰取代战列舰。但日本海军依然将其当作主力王牌，未经许可联合舰队不能动用所以很少出战。不过，日本海军也一直期待大和级战列舰能与美国太平洋舰队的主力舰（这里指战列舰）进行日德兰式海战。
1944年6月菲律宾海海战中，“大和”与“武藏”面对美国海空军的优势无所作为。在莱特湾海战中，尽管大和、武藏两舰和盟军的新泽西号（衣阿华级战列舰2号舰，美国海军当年最大的战列舰之一）均参与其中，不过并没有出现日方期待的双方直接对射的战事。
1941年12月16日“大和”竣工并被编入日本海军联合舰队。“大和”服役以后于1942年接替“长门”号战列舰作为联合舰队旗舰，1942年6月参加了中途岛海战。1944年10月莱特湾海战中，“大和”号被美军投掷多枚炸弹击中受损。
1945年4月6日下午，“大和”号作为第二舰队旗舰开赴冲绳岛海区，企图对冲绳群岛海域的盟军舰艇进行自杀性特攻，史称菊水特攻。原定计划是突破盟军舰艇防线之后一举冲上冲绳岛的沙滩，使战列舰搁浅作为不沉炮台使用，待弹药耗尽后舰上人员作为陆战队投入冲绳防御，据说舰上还为此特别准备了各式轻武器。不巧的是，美军早已发现他们，不意外地，大和号遭遇美军快速航母特遣舰队，俗称“灭国舰队”的舰载机群集中打击。从7日中午轰炸到下午，最后被10枚鱼雷以及24枚炸弹命中，倾覆过程中发生爆炸，沉没于日本九州鹿儿岛西南海域(北纬30.22度，东经128.04度)，任务就此宣告失败，之后日本海军再无大规模舰队行动，大部分舰艇待在港区闲置，成为美军轰炸的目标。
1942年8月5日“武藏”竣工。
1944年10月参加莱特湾海战，企图攻击位于莱特湾的盟军登陆舰队。1944年10月24日“武藏”在菲律宾锡布延海域遭到美军飞机攻击，被19枚鱼雷和17枚炸弹击中后于19时35分倾覆沉没，沉没水域位于北纬13度7分，东经122度32分。
2015年3月3日，美国微软（Microsoft）共同创办人保罗·艾伦发布消息，表示在菲律宾西部沿海水面下1公里处，找到日本沉没的战列舰武藏号。
由于中途岛海战日本海军损失大量航空母舰，因此军方除了加速建造航空母舰以外，亦计划对既有军舰进行航空母舰改装，在这时处于半完成状态的110号舰（即后来的信浓号）也被日本海军列入改装排程（期间日本军方高层之间曾多次争论），于是信浓号从一艘战列舰被改装成航空母舰。
信浓号最终于1944年11月19日竣工。竣工后第九天，信浓号在日本濑户内海进行海试（一说航向濑户内海以避免美军的轰炸影响进度），被美国海军潜艇射水鱼号发现并攻击，被命中4条鱼雷，由于损管不力于7小时后沉没。
虽然名义上是已竣工服役，但实际上其实是舣装不完全的未成舰。
关于此舰舰名的异说很多。普遍认为此舰将继承纪伊型首舰“纪伊”之名（但缺乏明确根据）。