昭和9年度海軍軍備補充計画（通称・②計画）で建造された中型空母である。当初は蒼龍の同型艦として計画・建造されていた。だが軍縮条約破棄により設計の自由度が増したため、飛行甲板幅を1m広げ艦幅を若干太くし、さらに第四艦隊事件による船体構造溶接化の破棄、凌波性向上のため艦首1m・艦尾40cm乾舷を高めるなど蒼龍とは違う図面で建造された空母となった。基本計画番号G10。当時、諸外国には、少なめに見積もった数値(基準排水量1万トン、全長209.84m、最大幅20.84m)を通告している。 特徴としては改装後の赤城同様、左舷中央に島型艦橋を配置していることである。これについては、1935年（昭和10年）に海軍航空本部長から艦政本部長あての『航空母艦艤装に関する件照会』で定められた「赤城の大改装および、飛龍以後の新造艦からはできるかぎり艦橋と煙突はそれぞれ両舷に分けて設置し、煙突は艦後方、艦橋は艦の中央付近に設置する」に従っている。左舷中央に艦橋を設置する利点として、滑走距離が長い艦載機にとって発艦時に艦橋が障害となりにくい、重量が煙突と左右均等に振り分けられ設計上有利となる、飛行甲板上の作業指揮がとりやすい、士官居住区から艦橋への通行がしやすくなる、格納庫の形状が良好となる、といった点が挙げられていた。しかし左舷艦橋は、プロペラの回転方向の関係から左へ流れやすいレシプロ機の着艦時に障害となることが赤城の運用で判明し、のちの日本空母はすべて右舷艦橋とされ、建造中の翔鶴型も左舷中央から右舷前方に変更された。しかしすでに竣工間近だった飛龍だけが左舷艦橋のままとされたのである。 形状は赤城同様、前方視界確保などの理由で蒼龍より1層多い4層5甲板となっている。のみならず、艦橋の前後の長さも蒼龍より長くされたため、作戦室などが設けられており、これが1番艦の蒼龍ではなく、飛龍が第二航空戦隊の旗艦となった理由であろうと見なされている。防御面では、機関室と舵取機室は駆逐艦の5インチ砲にガソリンタンクと弾薬庫は巡洋艦の8インチ砲に耐える装甲を施しているが、飛行甲板の防御は考慮されていない。また、飛龍を含め日本空母はダメージコントロール面でも損傷時の対策への装備や設備の甘さなどが目立ち、それがミッドウェーに於ける喪失に繋がった。それ以外の点については概ね良好であり、弾火薬庫の冷却の余りを利用した艦内冷房も一部実施している。飛行甲板後端には、上空からの識別のために片仮名で「ヒ」の文字が記入された。エレベーターは3箇所あり、前方から16×12m、12×11.5m、10×11.8mである。航空機のサイズの方が大きいため、零式艦上戦闘機や九七式艦上攻撃機など、いずれも翼を折りたたみ、エレベーターに乗せられるような設計となっている。飛龍の飛行機格納庫は二層にわかれており、このエレベーターで航空機を飛行甲板に運んだ。