В 1958 году в ЦКБ Центральное конструкторское бюро-18 под руководством главного конструктора А. С. Кассациера начались работы по созданию атомного ракетоносца второго поколения проекта "Yankee I". Лодку предполагалось оснастить комплексом Д-4, а впоследствии Д-5.
При создании лодки проекта "Yankee I" значительное внимание уделялось ее гидродинамическому совершенству. К разработке формы корабля привлекались специалисты отраслевых научных центров, а также гидродинамики ЦАГИ. Тщательно отрабатывались обводы носовой и кормовой оконечностей, рулевое устройство, кормовое оперение. Технический проект лодки был утвержден в 1962 г.
Увеличение ракетного боекомплекта потребовало решения ряда новых задач. В первую очередь было необходимо резко повысить темп стрельбы, чтобы успеть вовремя произвести ракетный залп и покинуть район пуска до того, как в него прибудут противолодочные силы противника. Это обусловливало проведение одновременной предстартовой подготовки ракет, набранных в залп. Задача могла быть решена лишь за счет автоматизации всех предпусковых операций. В соответствии с этими требованиями для кораблей проекта "Yankee I" под руководством главного конструктора Р. Р. Бельского развернулись работы по созданию первой отечественной автоматизированной информационно-управляющей системы «Туча». Впервые данные для стрельбы должны были вырабатываться специализированной ЭВМ Электронно-вычислительная машина. Навигационное оснащение новой субмарины должно было обеспечивать уверенное плавание и пуск ракет в полярных районах.
Передние горизонтальные рули располагались на ограждении рубки. Такое решение, заимствованное у американских АЛЛ, создавало возможность бездифферентного перехода на большую глубину при малых скоростях лодки, а также упрощало удержание корабля на заданной глубине при ракетном залпе. Кормовое оперение было выполнено крестообразным.
Для снижения электрического поля корабля впервые была применена система активной компенсации поля, создаваемого гальванической парой «винт-корпус». Два гребных винта имели пониженный уровень шумности. Для снижения гидроакустической заметности фундаменты под главные и вспомогательные механизмы покрывались вибродемпфирующей резиной. Прочный корпус подводной лодки был облицован звукоизолирующей резиной, а на легкий корпус наносилось нерезонансное противогидролокационное и звукоизолирующее резиновое покрытие. На лодке проекта "Yankee I" была применена электроэнергетическая система переменного тока (напряжение — 380В), питающаяся только от автономных электрогенераторов. Это повышало надежность электроэнергетической системы, увеличивало продолжительность работы без ремонта и обслуживания, а также давало возможность трансформировать напряжение для обеспечения различных корабельных потребителей.
Пуск ракеты выполнялся из затопленной шахты только в подводном положении лодки, при волнении моря до 5 баллов. Первоначально стрельба производилась четырьмя последовательными четырехракетными залпами. Интервал между пусками в залпе составлял 8 с: расчеты показывали, что по мере отстрела ракет лодка должна постепенно всплывать и после старта четвертой ракеты залпа выходить из допустимого «коридора» стартовых глубин. После каждого залпа требовалось приблизительно три минуты для того, чтобы вернуть корабль на исходную глубину. Между вторым и третьим залпами был необходим 20—35-минутный интервал для перекачки воды из цистерн кольцевого зазора в ракетные шахты, а также для дифферентовки корабля. Однако реальные стрельбы выявили возможность осуществления первого восьмиракетного залпа. Впервые в мире такой залп был выполнен 19 декабря 1969 г.
На флоте новые ракетоносцы стали именоваться ракетными подводными крейсерами стратегического назначения (РПКСН Ракетный подводный крейсер стратегического назначения), что подчеркивало их отличие от ПЛАРБ Атомная подводная лодка с баллистическими ракетами проекта Hotel I/II. Своими размерами и мощью они производили огромное впечатление на моряков, ранее имевших дело со значительно менее «солидными» атомоходами 1-го поколения и «дизелюхами».
Первоначально РПКСН Ракетный подводный крейсер стратегического назначения, так же как и их предшественники — лодки Hotel I/II проекта, несли боевое дежурство у восточного побережья Северной Америки, что делало их все более уязвимыми от набирающих силу противолодочных средств США, включающих гидроакустическую систему подводного наблюдения, специализированные АПЛ Атомная подводная лодка, над водные корабли, а также самолеты и вертолеты корабельного и берегового базирования. Постепенно, с ростом численности кораблей "Yankee I" проекта, началось их патрулирование и у тихоокеанского побережья США.
Для своего времени эта субмарина была вполне удачной и в период с 1966 по 1974 год ее строили на двух судостроительных заводах крупной серией (34 единицы) для Северного и Тихоокеанского флотов. Большая скорость подводного хода позволяла уходить от противника. Однако, шумность лодки оставалась высокой несмотря на применение многолопастных гребных винтов. Известно, что с увеличением числа лопастей давление на них распределяется более равномерно, благодаря чему значительный шум появляется только на очень больших скоростях.
Существенным недостатком ракетоносцев этого типа оставалась недостаточная дальность полета их баллистических ракет. Это заставляло выбирать районы патрулирования вблизи от вероятных целей, а значит и у чужих берегов, что значительно усложняло решение проблемы обеспечения боевой устойчивости советских подводных лодок.