总体布置与结构
该级艇艇体为细长水滴型，长宽比为11，外形具有光顺的流线形表面。艇中部导弹发射筒段为平行中体。指挥台围壳居中靠近首部，围壳前部置有围壳舵。艇尾水平舵端部设置了固定板，使其操纵面布置形式呈H状，以提高效率，降低噪声。艇壳材料采用HLES-100高强度钢，艇的下潜深度可达500m。
该级艇采用单壳艇结构，耐压壳内布置有鱼雷舱、指挥舱、导弹舱、反应堆舱、主机舱、尾舱等6个舱室。首舱设5层甲板室。尾部采用泵喷射推进器，导管内外还敷有消声材料，降低噪声，提高推进效率。
动力装置
该级艇采用一台K15一体化自然循环压水堆装置。该型堆是应用于法国“戴高乐” (Charles de Gaulle)号核动力航空母舰的反应堆，其设计思想与“红宝石”(Rubis)级攻击型核潜艇用CAS-48一体化自然循环压水堆相同。艇在中低速航行时可不用主循环泵，去掉一个噪声源。由于自然循环能力高达49%，因此增强了反应堆和一回路系统的固有安全可靠性。
K15反应堆热功率150MW，可提供轴功率30.50MW(41500hp)。采用2台蒸汽轮机，单轴，一台电动机，采用电力推进，省去了减速齿轮箱，采用泵喷射推进器。同时采取了其他许多降噪措施，如二回路设备采用浮筏减振机座，对管内液体、气体流动及电缆连接采取降噪措施等。
武器系统
该级艇设置16具弹道导弹发射筒，设计装备M-51导弹，采用TN-75核弹头。该型导弹为三级固体燃料导弹，射程11000km，圆概率偏差300m。每
M-51潜射弹道导弹发射想象图
枚导弹可携带6个威力为150kt TNT当量的分导式热核弹头。
M-51导弹从1988年起开始研制，1993年起加大经费投入，预计2010年左右可以装备“凯旋”级第3、4艘潜艇。目前，第1、2艘艇先装备M-4导弹的改进型M-45导弹，以后再改装M-51导弹。
M-45/TN71导弹也是三级固体燃料导弹，射程7000km，每枚导弹可携带6个威力为150kt TNT当量的分导式多弹头。
该级艇首部设置4具533mm鱼雷发射管，可携带L5-3型两用主/被动声自导鱼雷，在35kn航速时，可航行14km，攻击航速可达53kn，潜深555m；SM39“飞鱼”反舰导弹，惯性制导，主动雷达末制导，射程50km。鱼雷和反舰导弹可混合装载18枚。
电子设备
该级艇装备了法国自行研制的SGN-3型全球惯性导航系统，装有高性能的惯性中心，可提供精确的潜艇位置，以提高发射M-45导弹的命中精度。艇上还装有天文导航、卫星导航等设备。该级艇装备了DRUA-33型I波段“卡里普索”水面导航和搜索雷达。
该级艇装备了DMUX-80型多功能主/被动首部和舷侧阵声呐，DUUX-5型被动低频测距和侦察声呐，DSUV-61型被动甚低频拖曳线列阵声呐，探测距离可达50~100n mile。
艇上配有综合通信系统，包括卫星通信、甚低频通信及浮标天线，极低频通信设备等。还装有ARUR13/DR-3000U型电子战侦察措施。
该级艇装有SAD战略数据系统，用于控制16枚弹道导弹的数据传输处理和作战指令发布等作战控制功能。采用SAT战术数据系统和DLA-4A武器控制系统，用作控制“飞鱼”反舰导弹和鱼雷武器的火控系统。
