起初美国人为了让衣阿华级能够通过巴拿马运河船闸，便于大西洋和太平洋之间的快速调动，以能通过巴拿马运河船闸的极限为准，采用限制船体最大宽度，拉长舰体的措施，依阿华级重新设计了舰体，最大宽度被限制为33米，而舰体长度和吃水则被加大，舰体的长宽比达到8．2，而当时其它战列舰的长宽比大多不足7。其细长的舰艏曲线与日本海军的大和级战列舰相似，有利提高航速，但影响了适航性。依阿华级舰长达到270．4米，舰体长宽比8．18：1，水线长宽比7．96：1。首舰依阿华号在进行高速试航时，曾发现船艉有振动现象，经过水池试验后，依阿华级改用了两种不同螺旋桨，外舷轴螺旋桨直径5．563米，为4叶桨；内舷为5叶桨，直径5．182米，以此消除了振动现象。缺点是其舰体细长，炮火命中率会大打折扣。

作为新一代的战列舰，依阿华级战列舰本身在保持南达科他级防护水平的基础上重点提高航速，搭载更大功率的动力装置。舰上动力装置由8座Babcock＆Wilcox重油水管锅炉和4组通用电气电力式齿轮传动型蒸气轮机组成，采用四轴推进方式，总功率15．6万千瓦（21．2万匹马力）。Babcock＆Wilcox的M型锅炉可提供每平方英寸600磅的压力（4137kpa；42kgf／平方厘米）、过热器提供最高温度华氏875度（摄氏468度），高压锅炉输出的动力效益与稳定度是二战战列舰中之首，在平常状态仅需4具锅炉便可达到27节航速，全功率下航速高达33节。是历史上主机功率最大、航速最高的战列舰。续航距离16600海里（15节），9600海里（25节）。

装甲防护方面，依阿华级整体防护设计与南达科他级相当，舷侧主装甲带与主防雷装甲拼接为一体，厚度为307毫米（19度），水平装甲总厚度为222毫米（三层）。并结合多重水密隔舱和3层船底构成水下防鱼雷系统。在建造过程中特别增强了水平装甲防御能力,。主炮塔正面432毫米，顶部184毫米，背面241毫米，司令塔正面445毫米，顶部184毫米。是战后世界上装甲最厚的水面战舰，它的装甲足以承受1吨半重穿甲炮弹的轰击。整体防护水平在南达科他级的标准上有所加强，舷侧采用倾斜装甲，加强舰体水下防御能力，进一步增强了水平装甲。

主炮采用了轻量化的MK7型406毫米50倍口径主炮，由于应用了当时最先进的冶金技术，成功地将身管结构从MK2型的7层减少到2层，身管重量也降低了22吨，减至108吨。MK7型主炮内身管长度20．2米，有96条膛线，每25倍口径距离旋转一圈。

该炮可发射MK8型穿甲弹，MK13、14型榴弹，MK19型人员杀伤弹。其中MK8型穿甲弹弹丸重1225公斤，内装炸药18公斤，初速762米／秒，射程（30度仰角）33．558千米，最大射程42千米，射速2发／分钟，俯仰范围为负2度到正45度。穿甲能力（对垂直均质钢装甲），炮口处为828毫米，18288米处为508毫米，27432米处为381毫米，在14．5海里的距离上可穿透381毫米的垂直装甲。发射药包为6个绢制药包，通常装药349公斤，火炮内身管寿命为300发。

装备3座三联装主炮塔，每座炮塔旋转部分重1730吨，舰艏方向呈背负式布置两座，舰艉方向布置一座。每座炮塔由77名官兵操纵，炮塔全部结构可以分成六层，分别是炮塔战斗室，旋转盘，动力室，上供弹室，下供弹室，供药包室。炮塔旋转时，六层一起转动。炮塔战斗室配备炮塔长和21名舰员。每个炮塔装备有一台基线长13．5米的光学测距仪，还有计算设备和装填机电机，装填机为链式结构，电机功率60马力，超负荷功率108马力，装填炮弹时，火炮仰角为5度。动力室有4名舰员，安装有1台功率为300马力（超负荷时可达到540马力）的电动机，使炮塔最大旋转速度达到4度／秒，俯仰电机为60马力，最大俯仰速度为12度／秒。上，下供弹室由旋转储弹盘，输弹机，固定储弹室三部分组成，每层由1名供弹室长和15名舰员负责，旋转储弹盘上可装载76发炮弹，固定储弹室有140发。两层供弹室共有3台输弹机，输弹速度可达3发／分钟，动作有三行程（从上供弹室）和四行程（从下供弹室）两种。供药包室共有18名舰员和1名室长，药包输送机由100马力电动机和油压设备提供动力，只须一个行程即可提升到炮塔（6个药包需分两组，且实战中为了延长火炮寿命，很少用最大射速和最大装药射击）。

副炮采用10座MK12型38倍口径127毫米口径双联装高平两用炮，炮塔布置在舰体中部两舷。初速792米／秒，射程15．2千米，对空射程11．4千米，射速15－22发／分，俯仰范围为负15度到正85度，可配备榴弹，穿甲弹，普通高射炮弹，无线电近炸引信高射炮弹，照明弹，人员杀伤弹等。初期副炮有MK37型射击指挥仪和MK12型雷达控制，后期雷达换为MK22型和MK32型。

采用40毫米口径及20毫米口径机炮执行对空防御，火炮的数量各舰略有差别。各舰建成下水时，火炮配置为：四联装40毫米口径博福斯机炮15座（新泽西号是16座、密苏里及威斯康辛号是20座），单装20毫米口径厄利孔式机炮60门（密苏里号及威斯康辛号是49门）。

在另一个时空里的1984年的改装中，各参与改装的舰艇，均拆除所有40毫米、20毫米口径机炮，改为4座20毫米口径Mk－15密集阵近程防御武器系统，12．7毫米口径单管机枪8挺。

同样是在那个时空的1984年，依阿华级进行了现代化改装，装备上的雷达系统有：AN／SPS－49防空雷达、SPG－55F型127毫米炮瞄准雷达、AN／SPS－67地面搜索雷达、AN／SPQ－9海面搜索／火控雷达；电子战系统：AN／SLQ－32、AN／SLQ－25Nixie诱饵系统；卫星通信系统。

舰艉两舷各安装一台弹射器，搭载三架水上侦查机。

在1984年的改装中，原来的水上飞机起重机及停放支架被拆除，换装上无人驾驶飞机弹射器以装备5架以色列生产的“先锋”型无人驾驶飞机；新增直升机起降平台，可停放4架直升机。