在成功的建造了德意志級裝甲艦的同時，德國人也認識到了這種戰艦存在的嚴重不足。雖然德意志級的排水量和主炮口徑比條約型重巡洋艦要大，但其裝甲防護和條約型重巡洋艦還處於同一水平線上。
德意志級裝甲艦裝備的280毫米主炮在面對對手的330毫米、340毫米、356毫米、381毫米和406毫米主炮時毫無勝算，只能被動挨打。雖然作為襲擊艦，德國人並不要求德意志級和優勢敵艦死打硬拼，但問題是德意志級最高航速還不到27節，和即將出現的一系列快速戰列艦相比並沒有優勢，執行襲擊任務時的「獨狼」戰術又意味著可能遭到敵軍擁有數量和航速優勢的重巡洋艦圍攻。
由於以上提到的種種局限性，德國海軍對德意志級裝甲艦缺乏信心，德國人認為它們必須建造更好的戰艦來執行預想中的海上破交襲擊任務。原本德意志級裝甲艦要建造5艘，可是在三號艦斯佩伯爵號下水不久，整個建造計劃就匆匆中止，後兩艘還沒開工就被取消。
繼德意志級裝甲艦之後，德國海軍同時開始發展兩種新型戰艦，一種是真正的條約型重巡洋艦——希佩爾海軍上將級重巡洋艦，而另外一種則是德意志級裝甲艦的後續艦——沙恩霍斯特級戰列巡洋艦。事實上，德意志級可以看作是德國在種種限制之下試圖將重巡洋艦和戰列巡洋艦合二為一的產物，在現實證明了此路不通之後，德國人終於選擇回到了傳統的道路上來。
作為一支企圖恢復往日輝煌的海上力量，德國海軍最重視的還是沙恩霍斯特級戰列巡洋艦。按照德國人最初的設想，沙恩霍斯特級戰列巡洋艦應該按照戰列艦的標準設計建造，其排水量比德意志級大10000噸，達到約26000噸，艦上將裝備威力巨大的380毫米主炮。
戰列艦級別的裝甲防護，380毫米主炮塔外加為破交襲擊戰而準備的強大動力系統，沙恩霍斯特級戰列巡洋艦的噸位大大超標，超重超過20%，標準排水量上升到了32000噸，後來各國建造的條約型快速戰列艦也不過如此而已。
不過沙恩霍斯特級戰列巡洋艦的性能並沒有和它的噸位一樣水漲船高。由於希特勒不想過早的刺激英法等國，所以德國海軍只好為沙恩霍斯特級戰列巡洋艦裝備威力不那麼突出的280毫米主炮，原來為雙聯裝380毫米主炮準備的炮塔座圈剛好能塞進去三聯裝280毫米主炮。同時，由於排水量大幅上升，沙恩霍斯特級戰列巡洋艦的吃水深度大大增加，艦體幹舷大幅壓低，在高海況下的航海性能受到了較大影響，甲板比較容易上浪，有時會影響到武器系統的操作。
1935年5月，兩艘沙恩霍斯特級戰列巡洋艦同時開工建造，首艦理所當然的被命名為沙恩霍斯特號，而二號艦就是我們今天要介紹的格奈森瑙號。
格奈森瑙號戰列巡洋艦標準排水量32000噸，滿載排水量超過38000噸，該級艦剛建成時依然裝備了傳統的平直艦艏，在實際使用中發現航海性能存在不足之後，德國人為該級艦換裝了大西洋式艦艏，也稱為「飛剪艏」，因此格奈森瑙號的艦體長度得以固定為230.96米，艦體寬度30米，標準吃水深度8.68米。格奈森瑙號使用12座重油鍋爐和3部蒸汽輪機組合而成的動力系統，最大輸出功率150000馬力，最高航速超過30節。在15節經濟航速下格奈森瑙號可以持續航行9000海裡。
格奈森瑙號的動力系統指標很高，實際性能也比較優秀，但是可靠性卻比較差，而且實際油耗也比試驗數據要高得多。在後來的實戰中，格奈森瑙號和沙恩霍斯特號經常在執行任務時出現動力系統故障，在長期遠洋航行作戰時還需要經常補充燃油，對作戰造成了很大的不利影響。
格奈森瑙號戰列巡洋艦裝備了3座三聯裝280毫米主炮塔，艦橋前方以背負式安裝兩座主炮塔，艦尾則安裝一座主炮塔。該艦舷側安裝有4座雙聯裝150毫米副炮、4座單管150毫米副炮、14座雙聯裝105毫米高射炮和8座雙聯裝37毫米高射炮。在後來的實際使用中，格奈森瑙號還加裝了2座三聯裝533毫米魚雷發射管。此外，格奈森瑙號安裝了1座水上飛機彈射器，可以搭載3架水上偵察機。
格奈森瑙號戰列巡洋艦的舷側主裝甲帶裝甲厚度360毫米，甲板水平裝甲厚度170毫米，主炮塔正面裝甲厚度390毫米，主炮塔座圈裝甲厚度350毫米，艦橋指揮塔裝甲厚度350毫米。該艦的舷側主裝甲完全達到了戰列艦的標準，在面對對手的主力艦時絲毫不落下風；不過該艦的甲板水平裝甲由多層裝甲板組成，實際防護效果遠遠無法達到同等厚度的單層裝甲甲板的水平，因此其水平裝甲是全艦防護的薄弱點。
格奈森瑙號於1936年12月下水，1938年5月完工加入德國海軍服役。1939年9月9日，在二戰爆發不到10天時，格奈森瑙號就在港口內遭到了英國皇家空軍的轟炸，不過英國轟炸機似乎沒什麼準頭，格奈森瑙號沒有受到任何傷害。1939年11月，格奈森瑙號和沙恩霍斯特號一同取得了最初的戰果，它們結伴擊沉了英國輔助巡洋艦拉瓦爾品第號，不過格奈森瑙號很快就在暴風雨中受到重創。
1940年4月起，格奈森瑙號戰列巡洋艦參與了入侵丹麥和挪威的戰役。在和英國皇家海軍聲望號戰列巡洋艦的交戰中，格奈森瑙號的前部主炮塔和射擊指揮儀被打壞。5月5日，格奈森瑙號在港外撞上了水雷，用了半個月時間搶修，很快就重返戰場。6月8日，格奈森瑙號和沙恩霍斯特號在行動中和英國皇家海軍光榮號航空母艦編隊相遇，由於當時光榮號過於懈怠，給了格奈森瑙號和沙恩霍斯特號可乘之機。光榮號和隨行的幾艘驅逐艦很快就被擊沉，但沙恩霍斯特號也被英軍驅逐艦發射的魚雷擊傷。在撤退途中，格奈森瑙號遭到英軍潛艇的偷襲，艦體水線以下被一枚魚雷擊中，用了近半年時間才修復損傷。
1941年1月起，格奈森瑙號和沙恩霍斯特號結伴進入北大西洋執行破交襲擊的「柏林行動」。這次行動持續時間長達近兩個月，在這段時間裡，格奈森瑙號擊沉了14艘盟國商船，而沙恩霍斯特號擊沉了8艘盟國商船。在這次任務期間，兩艦多次在海上補給燃油，其他補給和維修工作則在最靠近任務區的法國布雷斯特港進行。
察覺到德國襲擊艦行蹤的英國人很快採取了相應行動。1941年4月初，英國皇家空軍派出轟炸機襲擊了布雷斯特港，格奈森瑙號在空襲中受到了重創，直到1941年12月才勉強修復。
自從俾斯麥號戰列艦被擊沉開始，德國海軍就認識到再讓大型戰艦到北大西洋執行破交任務已經不可行了，所以它們積極策劃讓那些滯留在法國的大型戰艦回到德國本土執行其他作戰任務。1942年初，格奈森瑙號、沙恩霍斯特號和歐根親王號出其不意的在白天出發，高速衝過英吉利海峽返回德國本土。英國人對於德國戰艦採取的行動來不及做出反應，所以德國人在途中只受到了很少的阻礙。成功衝過英吉利海峽的德國艦隊剛鬆了一口氣，格奈森瑙號就在荷蘭沿海觸雷，不得不進入基爾軍港接受維修。
1942年2月26日—27日，停泊在基爾軍港的格奈森瑙號遭到了英國皇家空軍的大規模空襲，艦艏部位因彈藥殉爆而被炸毀。此後，該艦被拖往相對安全的格丁尼亞港接受維修。
格奈森瑙號戰列巡洋艦的維修工程時斷時續地進行了長達兩年時間，在姊妹艦沙恩霍斯特號於北角海戰中被擊沉之後，德國海軍決定停止格奈森瑙號的修復工程，艦上的武器裝備和其他設備被拆除後挪做它用。
在蘇軍逼近格丁尼亞港的1945年3月23日，格奈森瑙號被德國海軍自行鑿沉，作為阻塞船使用。戰爭結束後，波蘭人把該艦的艦體打撈起來拆毀。