К постройке батареи приступили 20 октября 1863 г., но работы велись очень медленно, так как завод был занят подготовкой к строительству мониторов. В разное время строителями корабля являлись инженеры И.С. Александров и Н.Е. Потапов. Закладка состоялась только 11 декабря 1864 г., а спуск-14 августа 1865 г.
Морское ведомство еще два года назад предложило форсировать работы на "Кремле", исходя из чего 8 июля 1863 г. состоялось заключение дополнительного контракта на 48000 рублей, согласно которому окончательный срок сдачи переносился на год раньше при условии, что машина и броня будут устанавливаться на-стапеле.
Обычно суда такого водоизмещения переводились в Кронштадт на плавучем деревянном доке, но он от шестилетней непрерывной службы набух и сидел в воде глубже положенного. К тому времени глубину увеличили землечерпалками до 2,87 м, поэтому батарею, имевшую после спуска осадку 2,59 м, решили достраивать в Кронштадте. 29 сентября 1865 г. "Кремль" на буксире четырех портовых судов ушел в Кронштадт, где через месяц его установили в южный Петровский док.
Так как завод Семянникова и Полетики не имел своей мастерской в Кронштадте, достроечные работы велись крайне медленно из-за бесконечных пересылок туда и обратно мелких деталей и узлов. Печами, горнами, станками и механическими приспособлениями военного порта судостроители могли пользоваться только при установке брони и машины, а остальные работы выполнялись средствами самого завода.
При проектном водоизмещении 3412 т максимальная длина батареи составляла 67,1. ширина 16,16, осадка 4,6 м. По конструкции корпуса, набора палуб и наружной обшивки "Кремль" мало чем отличался от "Первенца". Нововведения касались лишь формы форштевня, надолго ставшей характерной для русских боевых кораблей, а также более технологичной формы каземата и надстройки в оконечностях, что позволяло несколько улучшить мореходность и упростить постройку (особенно при подгонке и установке броневых плит). Нос и корма надежно защищались от волнения; толщину дубового настила батарейной палубы увеличили до 114 мм. Внутреннее расположение батареи практически не изменилось, только каюты командира и старшего офицера переместились в кормовую надстройку.
Корпус ниже батарейной палубы разделялся водонепроницаемыми переборками на пять отсеков, предусматривались румпельное и таранное отделения. Вдоль борта, в четвертом, третьем и втором отсеках (нумерация с носа в корму) находились продольные непроницаемые переборки, имевшие водонепроницаемые горловины и двери. Такие же двери прорезали и в поперечных переборках, что также являлось новшеством по сравнению с двумя первыми батареями, на которых водонепроницаемые двери в поперечных водонепроницаемых переборках появились уже в процессе эксплуатации.
Двенадцать офицерских кают на жилой палубе пятого отсека отделялись от борта переборкой, что уменьшало сырость в помещениях (на первых двух батареях они отсутствовали). Во втором отсеке (под платформой) располагались 53 цистерны пресной воды (общая емкость более 3580 ведер) и ручная помпа; здесь же стояли два опреснителя системы Пена производительностью 1700 ведер в сутки. В третьем отсеке размещались четыре паровых котла и двухцилиндровая машина системы Пена индикаторной мощностью 870 л.с. (диаметр цилиндров 2124, ход поршня 915 мм), изготовленная в 1859 г. на Петербургском гальванопластическом предприятии для фрегата "Илья Муромец". Перед установкой машина тщательно проверялась на Кронштадтском 'пароходном заводе.
В каждом из четырех огнетрубных оборотного типа котлов, ранее предназначавшихся для фрегата "Ослябя", дополнительно оборудовали по одной топке, доведя их общее число до 16. Предусматривались два опреснителя системы Пена общей производительностью 20910 литров в сутки. Корабль имел четырехлопастной гребной винт диаметром 4,11 м со съемными лопастями, шаг винта мог регулироваться от 4,88 до 5,8 м. Запас угля рассчитали на 11 суток (450 т), что обеспечивало дальность плавания при благоприятной погоде 2000 миль. Водоотливные средства стояли такие же, как и на батарее "Не тронь меня". Центробежные помпы и вентилятор изготовил завод-строитель корабля.
Важным изменением явилась установка обычного прямого румпеля, непосредственно насаженного на баллер. На предыдущих же двух батареях румпель из-за тесноты румпельного отделения пришлось выносить вперед и соединять с головой руля при помощи шкивов и цепей, часто лопавшихся от чрезмерного напряжения. Традиционная форма кормовой оконечности позволила срезать переднюю часть старнпоста, являвшуюся наследием парусно-паровых кораблей с подъемным винтом, и установить обычный румпель, повышающий надежность рулевого привода.
На "Кремле" впервые в русском флоте железные полые мачты использовались как вентиляционные шахты — под марсами располагались по два отверстия, прикрытых козырьками. Парусное вооружение, которое на двух первых батареях имело простейшее устройство, предусматривалось на случай повреждения машины. По просьбе командира и учитывая повышенную мореходность корабля, прямыми парусами вооружили не только фок-, но и грот- мачту. В военное время, когда батареи могли использоваться только во внутренних водоемах, предусматривалось снятие рангоута. В носовой оконечности каждого из четырех гребных судов, имевшихся на борту батареи, при выполнении десантных операций устанавливалась 86,4-мм нарезная пушка, кроме того, предусматривались два 14-весельных катера и два 16-весельных баркаса.
Система бронирования и крепления брони не отличалась от такой же системы первых двух батарей. Но для защиты сверху от осколков снарядов боевую рубку "Кремля" прикрыли 25,4-мм железной крышей. Боевые рубки предыдущих батарей не имели хорошего обзора по горизонту, поэтому на крыше боевой рубки прорезали два квадратных люка с железными крышками.
Для усиления защиты верхней палубы Кораблестроительный департамент принял 24 ноября 1865 г. решение положить поверх существующей 12,7-мм железный настил, ведя общую толщину палубной брони до 29 мм. что вызвало дополнительные расходы в 49836 рублей. По предложению завода "Броун и К°" в Шеффилде, изготовлявшего прокатную броню для батареи, все плиты ниже портов сделали шире. т. е. из трех поясов вместо четырех (длину плит не меняли), что усилило монолитность броневой защиты.
Как и на второй батарее, крюйт-камеры и бомбовые погреба сверху прикрывались 25,4- мм железными листами. Все это вместе взятое значительно усилило броневую защиту.
Интересным новшеством являлось и специальное приспособление для лота. С обоих бортов, от днища до батарейной палубы, проводились две вертикальные трубы, над которыми висели блоки. Опустив лот в трубу, можно было под защитой брони замерять глубину, что имело важное значение во время боевых действий в шхерах.
Проектное вооружение состояло из восемнадцати 203-мм нарезных пушек. Казематные орудия, предназначавшиеся против броненосных кораблей на коротких дистанциях, имели минимально необходимый для этого угол возвышения 5 градусов. Для ведения огня на больших дистанциях предусматривались две пушки на поворотных платформах. стоявшие открыто на верхней палубе. Четыре крайних казематных орудия могли передвигаться в погонные и ретирадные порты. В процессе службы артиллерийское вооружение неоднократно менялось, но в основном устанавливались гладкоствольные пушки, кроме двух системы Энгстрема и одной мортиры.
