В отличие от предыдущих русских кораблей эти броненосцы имели необычную форму надводной части корпуса: борта над главной палубой были сильно завалены внутрь — очевидно, для экономии «верхнего веса», чтобы скомпенсировать установку башен среднего калибра на верхней палубе. Этого завала не было в носу и на участке между 152-мм башнями, где борта были убраны внутрь на 1,5 м. Подобную форму надводной части корпуса, и также из-за присутствия бортовых барбетных установок, имел только броненосный крейсер «Адмирал Нахимов».
Гладкопалубный корпус с прямым форштевнем и скругленной кормой имел над ВЛ три полных палубы: нижнюю, главную (батарейную) и верхнюю; высота орудий ГК над водой при этом составляла 7,9 м. Таран выдавался от форштевня на 2 м и подкреплялся броневой палубой изнутри и шпироном снаружи. Боковые кили проходили примерно от центра носовой башни до центра кормовой.
Шпация на длине броневого пояса (от шп.20 до шп.80) равнялась 1,22 м (4 фута), а в оконечностях — 0,92 м (3 фута). Поперечные переборки до нижней палубы проходили по шпангоутам 5,9,14,20,32,48,60,70,80 и 85. Продольная переборка по диаметральной плоскости (ДП) - от шп.31 до шп.60 (на протяжении МКО), а фланговые — от шп.31 до шп.60 (КО) и от шп.60 до шп.70 (МО, несколько ближе к бортам, чем в КО). В пространстве между фланговыми переборками и внешней обшивкой располагались основные угольные ямы. Главные размерения корпуса: длина 108,7 м (между перпендикулярами), 112,5 м (по ВЛ), 114,3 м (общая); ширина 21,34 м; осадка носом 7,6, кормой 7,9, в полном грузу 8,1 - 8,3 м (реально после достройки — 8,6 м).
Проектное нормальное водоизмещение составляло 10 960 т (английских тонн, равных 1016 кг), а реальное 11 354 т («Петропавловск»), 11 500 т («Полтава») и 11 842 т («Севастополь»).