Główne uzbrojenie składało się z szesnastu dział uniwersalnych Mk 12 L/38 kal. 127 mm (5 cali), umieszczonych w ośmiu poruszanych elektrycznie wieżach Mk 32. Były one zainstalowane po trzy na dziobie i rufie, w układzie schodkowym, oraz po jednej na burcie, w tylnej części śródokręcia. Salwa burtowa „Atlanty” i siostrzanych jednostek, złożona z 14 pocisków 5-calowych, była najpotężniejszą salwą przeciwlotniczą spośród wszystkich okrętów US Navy w II wojnie światowej. Uzupełniały ją trzy czterolufowe stanowiska dział przeciwlotniczych Mk 22 kal. 28 mm, z których dwa zainstalowano na skrzydłach mostka, zaś trzecie na nadbudówce rufowej, przed pierwszą rufową wieżą artyleryjską; oraz osiem dział automatycznych Oerlikon kal. 20 mm. W związku z szybką utratą okrętu nie zrealizowano projektu przezbrojenia go w działa Boforsa kal. 40 mm. Ponadto krążownik posiadał dwie poczwórne wyrzutnie torpedowe kal. 533 mm, bez możliwości zabierania torped zapasowych, oraz wyposażenie do zwalczania okrętów podwodnych: sonar typu QC, dwie rufowe zrzutnie na pięć bomb głębinowych i sześć miotaczy granatów przeciw okrętom podwodnym.