Корабли типа «Екатерина II» занимали второе место по численности в серии среди броненосцев Русского флота. Но несмотря на то, что все они однотипны и строительство корпусов велось по одному теоретическому чертежу и, следовательно, имели абсолютно одинаковые размерения, корабли все же различались между собой как по силуэтам, так и по различного рода изменениям, вызванным улучшениями в конструкции в процессе строительства. В наборе корпусов имелись лишь незначительные различия, в основном связанные с местами расположения переборок из-за установки на кораблях механизмов, изготовленных различными заводами. По этой причине «Чесма» и «Екатерина II» имели машины двойного расширения, а «Синоп» и «Георгий Победоносец» — тройного. Все четыре броненосца имели гребные винты различных размеров, но все четырехлопастные системы Гриффитса с изменяемым шагом. Имелись различия и в установке котлов, так на «Екатерине II» топки их располагались в диаметральной плоскости, на остальных кораблях они выходили к бортам.
Различия в артиллерийском вооружении заключались в длине 305-мм орудий, равной на «Екатерине II» и «Синопе» тридцати калибрам, на «Чесме» и «Георгии Победоносце»- тридцати пяти. Кроме того, если на первых трех кораблях для защиты от атак миноносцев на батарейной палубе размещалось по восемь пятиствольных 47-мм орудий, а на марсах по четыре 37-мм пятиствольных пушки Гочкисса, то на «Георгии Победоносце», в отличие от них, пятиствольные пушки на батарейной палубе заменили при проектировании на такое же число одноствольных 47-мм орудий и на марсе установили десять 37-мм одноствольных пушек.
Имели существенные различия в конструкции и размерах барбетные установки. На «Екатерине II», кроме того, станки 305-мм орудий, в отличие от остальных кораблей, были снижающимися. Броневые прикрытия установок различались между собой по форме. На «Екатерине Н» прикрытия, имевшие толщину 38,1 мм, находились на уровне верхней палубы и имели проемы, в которые проходили орудия во время их подъема для выстрела. На «Чесме» и «Синопе» прикрытия принципиально одинаковой конструкции различались тем, что у первого имели вид обтекаемого параллелепипеда с вырезанными в нем амбразурами, у второго состояли из плоских броневых листов, набранных в форме усеченного многогранного конуса. Только на «Георгии Победонесце» броневое прикрытие имело башенноподобный вид с наклонной лобовой частью.