Корабль был построен из стали производства Путиловского завода под наблюдением корпуса корабельных инженеров полковника Н.А.Самойлова. Вертикальный внутренний киль из 13-мм стальных листов размером 5,5–6,1x0,99 м шел непрерывно по всей длине корпуса. Горизонтальный киль из таких же листов, но в два слоя, крепился к нему угловой сталью.

Форштевень (29 т) и ахтерштевень (15 т) представляли собой цельные бронзовые отливки Балтийского завода. Форштевень доходил до батарейной палубы, выше которой продолжался железной конструкцией, а на высоте тарана переходил в горизонтальный брештук, прочно соединенный с броневым настилом нижней палубы. Форма ахтерштевня также была необычной — вниз от нижней палубы он заменял часть стальной и деревянной обшивки кормового подзора, для которой из-за острых обводов не хватало места. Из бронзы отливалась рулевая рама с рудерпостом, петлями и крючьями, а также наружные кожухи гребных валов и кронштейны. Руль обшивался деревом на медных болтах и медными листами. Основные, запасные румпели и тяги выковывались из «лучшей стали».

Набор корпуса имел по четыре стрингера с борта, набранных из стальных листов: нижний проходил от штевня до штевня, второй — от форштевня до настила кормовой платформы, третий — от носовой до кормовой платформы, четвертый (водонепроницаемый) — в плоскости платформ, скрепляясь с их железным настилом. Нижние шпангоуты из угловой стали в пределах двойного дна шли с шагом 4 фута (1,22 м) от вертикального киля до четвертого стрингера. Они располагались короткими участками между стрингерами и соединялись между собой бракетами из листовой стали. Десять из них были сделаны водонепроницаемыми. Под МКО бракетные шпангоуты заменили шпангоутными рамками. Вне двойного дна шпация составляла 3 фута (шпангоуты из угловой стали шли от кипя до броневой палубы), в пределах броневого пояса — 2 фута, за ахтерштевнем — 4 фута.

Водонепроницаемое внутреннее дно между шпангоутами 22 и 114 проходило от киля до четвертого стрингера (до платформ), а также в районе погребов боезапаса в оконечностях между платформами и нижней палубой. Внутреннее дно МКО от киля до продольных переборок угольных ям набиралось из стальных листов толщиной 9,5 мм, в остальных местах — из 7,9-мм листов.

Наружная обшивка от киля до шельфа под броню набиралась из 14,3-мм стальных листов размером 4,88x1,07 м, за броней — из двух слоев 11,9-мм стальных листов, над нижней палубой и поясом — из 13-мм листов. В носовой части, вокруг якорных клюзов, где якорь при подъеме из воды задевал борт лапами, листы обшивки были положены в два слоя. Во многих справочниках это утолщение обшивки ошибочно принято за продолжение броневого пояса. Вокруг портов 152-мм орудий и торпедных аппаратов общая толщина двойной обшивки составляла 37,3 мм — для защиты от газов при выстрелах.

Поперечные водонепроницаемые переборки проходили по шпангоутам 36, 60, 83 и 102; от внутреннего дна до жилой палубы они имели толщину 9,5 мм, а выше нее — до верхней палубы — 6,4 мм. Кормовая переборка, в которой располагались набивные коробки гребных валов, до нижней палубы имела толщину 14,3 мм.

«Адмирал Нахимов» стал первым русским боевым кораблем, оснащенным продольной водонепроницаемой 7,9–9,5-мм переборкой в МКО, проходившей по диаметральной плоскости (ДП) от внутреннего дна до жилой палубы, и 5,56-мм фланговыми, проходившими с внешней и внутренней сторон угольных ям (примерно от четвертого и третьего днищевых стрингеров) между шпангоутами 36 и 102 до той же высоты. Между внешней переборкой, являвшейся продолжением вверх внутреннего дна, и бортовой обшивкой имелся коридор, позволявший производить осмотр креплений броневых плит пояса. В закрытой батарее между 1 52-мм орудиями имелись противоосколочные 11-мм переборки.

Бимсы верхней палубы, имевшей погибь 152 мм, и батарейной набирались из тавробимсовой стали размером 178x127 мм и 229x140 мм, соответственно, а жилой и нижней — из угловой стали размером 229x88 мм, бимсы платформ — из угловой стали размером 127x64 мм. Верхняя кромка бимсов нижней палубы при проектной осадке была на 1,5 м, а у ДП на 0,38 м ниже грузовой ВЛ. По концам бимсов верхней палубы проходил стрингер из стальных листов (длина 5 шпаций, ширина 915 и толщина 7,9 мм). Настил верхней палубы состоял из 7,9-мм стальных листов, поверх которых лежали сосновые доски шириной 165 и толщиной 76 мм. Настил батарейной палубы на длине батареи 1 52-мм орудий состоял из 6,4-мм листов, не доходящих до ДП на 2,75 м (до кожухов дымоходов), а под бортовыми барбетами — из двух слоев по 12,7 мм. Поверх стальных листов укладывались сосновые доски шириной 165 и толщиной 88 мм, которые перемежались дубовыми. В жилой палубе в пределах броневого пояса стальной настил имел толщину 1 2,7 мм, а вне его — 5,56 мм. Впереди и позади пояса, над карапасными палубами, проходили водонепроницаемые платформы из 6,4-мм стальных листов. Все листы настила палуб и платформ имели размер 3,66x1,07 м.

Палубная стальная броня на уровне жилой палубы на протяжении пояса имела толщину 37,3 мм на 12,7-мм настиле. Карапасная палуба вне пояса состояла из двух слоев стали общей толщиной 76 мм. В ходе строительства из-за чрезмерной сложности работ пришлось отказаться от проектной двухслойной конструкции броневой палубы (нижний слой из мягкой, верхний из более твердой стали) и оставить только мягкую сталь. Все стыки и пазы броневого настила были прочеканены, чтобы не пропускать воду.

Деревянный киль изготовили из тика и прикрепили угольниками к стальной наружной обшивке. Фальшкиль и боковые кили (длиной 49 м напротив третьего стрингера) сделали из лиственницы и обшили медными 12,7-мм листами. Деревянная обшивка подводной части состояла из двух слоев: внутреннего — из вертикально расположенных сосновых брусьев (чаков) и внешнего — из продольно расположенных 64-мм досок лиственницы. Поверх проходили два слоя медной обшивки с просмоленной бумагой между ними.

Коэффициент общей полноты корпуса составил 0,63, Водоизмещение по проекту при размерениях 97,84 (между перпендикулярами)/101,5(по ВЛ)/103,3(общая)х18,6х7,696 (средняя) м составляло 7781,7 т. Полное — 8473 т, из которых на корпус с палубной броней приходилось 3438 т, на остальное бронирование — около 990 т, на главные и вспомогательные механизмы, валы, винты и котельную воду — около 1340 т, на уголь 1200 т, артиллерию с боезапасом около 490 т, дельные вещи 403 т, рангоут и паруса 150 т, якоря и цепи 110 т, команду с багажом 78 т, гребные и паровые шлюпки 46 т, минное вооружение 35 т; остальные 193 т занимали предметы снабжения, запчасти, продовольствие и питьевая вода.

В отличие от предыдущих русских броненосных крейсеров, имевших полный пояс по ВЛ (152 мм в районе МКО и 11 4 мм в оконечностях), на «Нахимове» из-за увеличившейся толщины брони пояс проходил только между шпангоутами 32 и 105 (протяженность 45 м) и с концов закрывался броневыми траверзами, образуя с ними цитадель, охватывавшую котлы и машины и прикрытую сверху 50-мм бронепалубой. Высота пояса была 2,4 м (толщина 254 мм на верхних 1,22 м, далее сужение до 152 мм на нижней кромке), из которых при нормальной нагрузке над водой возвышались 0,876 м. Высота траверзов толщиной 229 мм (на нижней кромке 152 мм) у борта была также 2,4 м, а у ДП несколько больше — в соответствии с погибью бимсов. Подкладкой под броню служили проложенные в продольном направлении лиственничные брусья толщиной 254 мм. Наружная деревянная обшивка поднималась чуть выше броневого пояса, что внешне создавало впечатление его большей высоты.