Stępkę pod krążownik (numer stoczniowy 181) położono w stoczni Germaniawerft w Kilonii 21 września 1911 roku. Zgodnie z niemieckim zwyczajem na czas budowy otrzymał tymczasową nazwę „Ersatz Seeadler”, jako planowany następca planowanego do wycofania starego krążownika „Seeadler”. Wodowanie, w obecności burmistrza miasta Karlsruhe, nastąpiło 11 listopada 1912 roku, zaś wejście do służby w Kaiserliche Marine 15 stycznia 1914 roku.
Opis konstrukcji „Karlsruhe” miał długość całkowitą 142,2 m (139 m na konstrukcyjnej linii wodnej), szerokość maksymalną 13,7 m oraz zanurzenie 5,38 m na dziobie i 6,2 m na rufie (średnio 5,5 m). Wyporność konstrukcyjna wynosiła według projektu 4900 ton, pełna 6191 ton metrycznych. Kadłub był podzielony na 15 przedziałów wodoszczelnych i miał podwójne dno na 45% długości.