Los Sturgeon eran esencialmente variantes alargadas y mejoradas de la clase Thresher/Permit que los precedió directamente. Se mantuvo la disposición de cinco compartimentos de los Permit, incluyendo el compartimento de proa, el compartimento de operaciones, el del reactor, la sala de maquinaria auxiliar n.º 2 y la sala de máquinas. La longitud adicional estaba en el compartimento de operaciones, incluyendo bastidores de torpedos más largos para acomodar torpedos Mark 37 adicionales, los más avanzados en servicio en el momento del diseño de la clase a finales de los años 1950. La clase fue rediseñada para cumplir con los requisitos del Programa de Seguridad Submarina simultáneamente con la construcción de las primeras unidades, con modificaciones en los sistemas de agua de mar, lastre principal y otros sistemas para mejorar la seguridad.^[1]​ La mayor diferencia fue la vela mucho más grande, que permitía un segundo periscopio y mástiles adicionales para recolección de inteligencia, y que reducía el riesgo de que el submarino «rompiera» la superficie en mares agitados. Los planos de fairwater montados en la vela podían girar 90 grados, permitiendo al submarino emerger a través de hielo delgado.^[1]​ Debido a que se utilizó el reactor S5W (el mismo que en los Skipjack y Thresher/Permit), se amplió la vela (aumentando la resistencia), y el desplazamiento aumentó, la velocidad máxima de los Sturgeon fue de 26 nudos (48 km/h), 2 nudos más lenta que la de los Thresher/Permit. Los últimos nueve Sturgeon fueron alargados 3 metros (10 pies) para proporcionar más espacio para equipos electrónicos y habitabilidad. El espacio adicional también facilitó el uso de refugios de cubierta seca desplegados por primera vez en 1982.

La clase recibió mejoras a mitad de su vida útil en la década de 1980, incluyendo la suite de sonar BQQ-5 con un sonar remolcado retráctil, equipo de control de fuego de torpedos Mk 117 y otras mejoras electrónicas.

Los submarinos de la clase Sturgeon estaban equipados para portar el misil Harpoon, el misil de crucero Tomahawk, el UUM-44 SUBROC, las minas móviles lanzadas desde submarino Mark 67 y las minas Mark 60 CAPTOR, y los torpedos MK-48 y ADCAP. Los tubos lanzatorpedos estaban ubicados a mitad de nave para acomodar el sonar montado en la proa. La cubierta de la esfera del sonar estaba hecha de acero o plástico reforzado con vidrio, ambas variedades producidas con y sin revestimiento. Las cúpulas revestidas están cubiertas con una capa de goma de media pulgada.^[3]​^[4]​ Las cúpulas de plástico reforzado con vidrio mejoraron el rendimiento de la esfera del sonar de proa; aunque para misiones de recolección de inteligencia, el sonar remolcado era normalmente utilizado por ser mucho más sensible.

Varios submarinos Sturgeon y relacionados fueron modificaciones de los diseños originales para probar formas de reducir el ruido.

• Puffer fue equipado con Acondicionadores de Potencia Armónica de Raytheon que eliminaron un problema de ruido en el bus eléctrico inherente a la clase. Esto se logró mediante el acondicionamiento armónico del sistema de potencia. Esta característica exitosa fue posteriormente instalada en toda la clase.
• Batfish y Bluefish, entre otros, fueron equipados con un Tratamiento Especial de Casco durante una revisión no relacionada con el reabastecimiento, lo que redujo el ruido y el perfil de sonar del submarino.
• Glenard P. Lipscomb, una clase de un solo barco, fue completado utilizando un sistema turboeléctrico para la propulsión principal en lugar de una transmisión por engranajes desde las turbinas de vapor. El motor masivo y los generadores asociados requerían que se alargara a 111,25 metros (365 pies 0 pulgadas). La prueba de propulsión turboeléctrica de Lipscomb no se consideró exitosa debido a una menor velocidad (la velocidad máxima fue de 23 nudos (43 km/h), 5 nudos más lenta que los Thresher/Permit) y una falta de fiabilidad, y fue dado de baja en 1989.^[1]​
• Narwhal, el submarino más silencioso de su era, tenía un diseño similar pero distinto al de los submarinos de la clase Sturgeon. El Narwhal (SCB 245) y la clase Sturgeon (SCB 188A) fueron desarrollados simultáneamente. En la parte delantera, el Narwhal se parecía a los submarinos de la clase Sturgeon, pero con un generador diésel reubicado y una manga ligeramente mayor. En la parte trasera, tenía el reactor de circulación natural S5G y una turbina de accionamiento directo, junto con otras características de reducción de ruido. A diferencia de la clase Sturgeon, el Narwhal no cumplía completamente con las regulaciones del Programa de Seguridad Submarina debido a su sistema único de agua de mar principal.^[5]​

A partir de Archerfish, las unidades de esta clase tenían un casco 3,0 metros (10 pies) más largo, proporcionándoles más espacio para vivir y trabajar que los submarinos anteriores. Parche recibió una extensión adicional del casco de 30 metros (100 pies) que contenía equipos de interceptación de cables, llevando su longitud total a 122 metros (401 pies). Varios submarinos de la clase Sturgeon de casco largo, incluyendo Parche, L. Mendel Rivers y Richard B. Russell, estuvieron involucrados en misiones de reconocimiento ultrasecretas, incluyendo operaciones de interceptación de cables en los mares de Barents y Ojotsk. Parche recibió nueve Citaciones Presidenciales de Unidad por misiones exitosas.^[6]​

Un total de siete barcos fueron modificados para llevar el SEAL Refugio de Cubierta Seca. Este refugio es un hangar de lanzamiento sumergible con una cámara de esclusa conectada a la escotilla de carga de armas a mitad de nave, facilitando el uso de Vehículos de Entrega SEAL. Los barcos equipados con Refugio de Cubierta Seca fueron encargados de la inserción encubierta de fuerzas especiales.

De Register of Ships of the US Navy, 1775-1990.^[7]​

Otro buque de la Armada se basó en el casco de la clase Sturgeon, pero fue modificado por razones experimentales:

• Glenard P. Lipscomb (SSN-685)

• Lista de submarinos de la Armada de los Estados Unidos

• Friedman, Norman (1994). U.S. Submarines Since 1945: An Illustrated Design History [Submarinos de EE. UU. desde 1945: Una Historia de Diseño Ilustrada] (en inglés). Annapolis, Maryland: United States Naval Institute. ISBN 1-55750-260-9. 
• Gardiner, Robert; Chumbley, Stephen (1995). Conway's All the World's Fighting Ships 1947-1995 [Todos los Buques de Combate del Mundo de Conway 1947-1995] (en inglés). Londres: Conway Maritime Press. pp. 606–607. ISBN 1-55750-132-7. 
• Hutchinson, Robert (2006). Jane's Submarines, War Beneath The Waves, From 1776 To The Present Day [Submarinos de Jane, Guerra Bajo las Olas, Desde 1776 Hasta el Presente] (en inglés). New Line Books. ISBN 1-59764-181-2. 
• Polmar, Norman (2005). Cold War Submarines: The Design and Construction of U.S. and Soviet Submarines [Submarinos de la Guerra Fría: Diseño y Construcción de Submarinos de EE. UU. y la Unión Soviética] (en inglés). Potomac Books. ISBN 1-57488-530-8. 
• Polmar, Norman (1983). The American Submarine [El Submarino Estadounidense] (en inglés). Nautical & Aviation. ISBN 0-93385-238-X. 

• fas.org: Clase Sturgeon
• Informe Bellona (en ruso)
• Galerías de fotos de submarinos nucleares de ataque de EE. UU. en NavSource
• Michigan War Studies Review - reseñas de libros, encuestas literarias, ensayos originales y comentarios en el campo de los estudios militares