格奈森瑙號為沙恩霍斯特級的2號艦，於1934年2月於基爾德意志造船廠開始建造，但它的設計一直作修改而在1935年5月重新建造，也延誤了工程進度。當格奈森瑙號建造完成後，它的滿載排水量超過了世界列強於1922年簽訂的華盛頓海軍條約規定的3,5000噸，而德國也並非簽約國[7]。格奈森瑙號配有厚達350毫米的裝甲，相當於當時的現代化戰列艦厚度，也超過了英國一戰留下的戰列巡洋艦反擊號（英語：HMS Repulse (1916)）和聲望號（英語：HMSrenown(1916)），以及法國的戰列艦敦刻爾克號（英語：FrenchbattleshipDunkerque）和斯特拉斯堡號（英語：French battleship Strasbourg）。格奈森瑙號配有9門口徑283毫米的主炮，雖然因為它的高初速而擁有不錯的穿甲力和射程，但仍無法與當時主力戰鬥艦的380毫米主炮匹敵，它這樣的武裝也是倉促服役所造成的一個後果。
如果格奈森瑙號裝配的是原預定要改裝的6門380毫米主炮，將會是英國皇家海軍的強大對手，其擁有同英國主力艦相等的裝甲，卻有快得多的航速。但格奈森瑙號在設計當時德國海軍並未有380毫米的火炮可裝配，也因此它最後採用283毫米主炮，因為其設計目的本就是攻擊商船，而未打算與敵人主力艦交戰，也因此與較弱的火力相反地，它擁有能脫離戰艦追擊的高航速。由於二戰前設計它的時候受到條約的限制，它仍保留其283毫米的主炮，並打算用在海上破交戰中。 格奈森瑙號與姊妹艦沙恩霍斯特號一般被認為是當時德國設計最優秀的船艦，唯一的缺點的是其乾舷較低，容易在不平靜的海面上將甲板打濕，也因此在1938年冬季調整了其舷弦和安裝了大西洋艦艏（Atlantic Bow），還曾在1938年8月至11月進行海上戰鬥訓練。
1939年9月9日，英國對德宣戰後6天，停泊於布倫斯比特爾科格（Brunsbüttelkoog）的格奈森瑙號受到皇家空軍的轟炸，但無損傷。10月8日，它與科隆號輕巡洋艦和9艘驅逐艦組成一支誘餌艦隊去分散盟軍對德意志號裝甲艦的搜尋注意力。它和沙恩霍斯特號被盟軍稱作“醜陋的姊妹”，因為它們總是一起出擊，並對英國通商船團造成很大的破壞。1939年11月，這兩艘軍艦擊沉了英國偽裝巡洋艦拉瓦平迪號（Rawalpindi），但格奈森瑙號於接下來的海上暴風雨中受到了重創。
1940年4月，格奈森瑙號參與了入侵丹麥和挪威的威瑟堡行動，並和沙恩霍斯特號一起與英艦聲望號交戰，格奈森瑙號的前炮塔和主炮指揮儀受到了損壞，但兩艘德艦很快地從這場戰鬥中脫離了。5月5日，格奈森瑙號於離港口海域21米處觸雷（磁性水雷），受到了破壞而喪失航行能力18分鐘，直到5月21日於基爾修復。英軍於6月8日撤出挪威，而當天下午4點，格奈森瑙號和沙恩霍斯特號撞見了英國艦隊，並展開攻擊，英國皇家海軍的光榮號航空母艦（英語：HMS Glorious）、驅逐艦阿卡司塔號（英語：HMS Acasta (H09)）和熱情號（英語：HMS Ardent (H41)）均被擊沉，但在被擊沉前，阿卡司塔號仍發射了一枚魚雷重創了沙恩霍斯特號，造成船身內部進水。而格奈森瑙號於20日和希佩爾上將號重巡洋艦前往冰島一帶做佯動誘敵航行，以掩護沙恩霍斯特號駛回德國的途中，遭到英國潛艇克萊特號（英語：HMS Clyde (N12)）的魚雷攻擊受創，因而兩艦也經由挪威特倫汗，同沙恩霍斯特號駛回德國。
大西洋的戰鬥
柏林行動
維修完畢後，格奈森瑙號一同與沙恩霍斯特號參加大西洋的破交戰行動，在1941年1月到3月內的柏林行動中，格奈森瑙號擊沉了14艘船，而沙恩霍斯特號擊沉了8艘，大多來自沒有護航的船團。它們也成功避開了與英國戰鬥艦護航的船團戰鬥。在這期間，兩艘船一直自法國布雷斯特修整後前往大西洋出擊。1941年4月初，英國皇家空軍轟炸司令部派出轟炸機轟炸該港，迫使格奈森瑙號離開乾塢，停泊於港內。4月6日，格奈森瑙號被皇家空軍飛行中尉的康乃斯·坎貝爾（英語：Kenneth Campbell）的轟炸機擊傷重創，後來就一直於布雷斯特港中整修直到同年12月。
海峽衝刺作戰
于格丁尼亞的格奈森瑙號殘骸格奈森瑙號其中一支計畫安裝的380毫米火炮現保存於丹麥的漢斯索勒姆（英語：Hanstholm）的一家博物館中。該火炮也僅是德軍的岸防炮台“提爾皮茨”計畫的其中一部分，其他的第70、71、74和75火炮已於20世紀50年代被摧毀。格奈森瑙號炮塔上的283毫米炮紛紛被拆除，名為“安東”（Anton）的火炮被送往荷蘭，而名為“凱薩”（Cäsar）和“布魯諾”（Bruno）的炮塔和火炮則被送往挪威的岸防炮兵那裡。它的船尾炮塔“凱薩”後來被送到挪威特倫汗附近的奧蘭一帶，名為奧斯塔特（Austråt）的岸防炮台，該處建成了一座博物館，也因此保留了它。而第2座炮塔“布魯諾”則被作為卑爾根附近的要塞“菲耶爾堡壘”（Fjell fortress）的一部分。另外還有它的150毫米副炮和其雙連裝炮塔仍保留在丹麥的史坦佛斯特（Stevnsfort），而“安東”炮塔的部份火炮則保留於荷蘭的荷蘭之角（英語：Hook of Holland）。
1942年，格奈森瑙號與沙恩霍斯特號，隨同歐根親王號重巡洋艦，和多艘魚雷艇與驅逐艦的陪同下，執行了塞博勒斯行動，要大膽地於白天從法國港口出發，穿越英吉利海峽回到德國。這三艘主要戰艦從激烈地海空戰鬥中逃脫，格奈森瑙號和歐根親王號還重創了英國驅逐艦烏斯特號（英語：HMS Worcester），格奈森瑙號對它齊射，摧毀了右舷方的艦橋，並使第1和第2鍋爐起火，歐根親王號更擊中了該驅逐艦4次，使它著火。後來格奈森瑙號於荷蘭北部觸雷，又被拖到基爾維修。
基爾港空襲
1942年2月26日至2月27日，英國皇家空軍對基爾港—格奈森瑙號因觸雷而維修的港口浮動船塢發動空襲，出動了178架轟炸機，並打到了它的船頭。與平時修理不同，由於原本就預計2星期內就會修完，所以沒有卸載彈藥，因為這次的攻擊而被引爆，格奈森瑙號的整個船頭部份因為爆炸而被毀。經過緊急搶修後，格奈森瑙號卸下它的火藥和炮管于格丁尼亞，並轉入後備役大修。
重建、拆除與作為阻塞艦
位於格丁尼亞的格奈森瑙號殘骸雖然格奈森瑙號已於1942年至1944年間維修完畢，但自1943年7月它就被擱置著，沒有投入現役部隊中。在此期間，海軍試著將其283毫米炮塔換成俾斯麥級戰艦使用的380毫米雙連裝炮塔，還有要將它的船頭延長10米，並將它所有105毫米和150毫米的火炮全部換成22門128毫米的火炮。然而在1943年12月沙恩霍斯特號沉沒後該計畫就被放棄了。格奈森瑙號最後在1945年3月23日被鑿沉作為阻塞艦，戰後還被波蘭打撈了上來，切碎作為廢鐵處理.
戰後遺物
格奈森瑙號位於挪威的其中一個炮塔“凱薩”格奈森瑙號其中一支計畫安裝的380毫米火炮現保存於丹麥的漢斯索勒姆（英語：Hanstholm）的一家博物館中。該火炮也僅是德軍的岸防炮台“鐵必制”計畫的其中一部分，其他的第70、71、74和75火炮已於20世紀50年代被摧毀。格奈森瑙號炮塔上的280毫米炮紛紛被拆除，名為“安東”（Anton）的火炮被送往荷蘭，而名為“凱薩”（Cäsar）和“布魯諾”（Bruno）的炮塔和火炮則被送往挪威的岸防炮兵那裡。它的船尾炮塔“凱薩”後來被送到挪威特倫汗附近的奧蘭一帶，名為奧斯塔特（Austråt）的岸防炮台，該處建成了一座博物館，也因此保留了它。而第2座炮塔“布魯諾”則被作為卑爾根附近的要塞“菲耶爾堡壘”（Fjell fortress）的一部分。另外還有它的150毫米副炮和其雙連裝炮塔仍保留在丹麥的史坦佛斯特（Stevnsfort），而“安東”炮塔的部份火炮則保留於荷蘭的荷蘭之角（英語：Hook of Holland） 。
