С появлением баллистических и крылатых ракет с ядерными зарядами к середине 50-х годов сложились реальные условия для революционных преобразований в подводном кораблестроении. Хотя это и не привело к утрате значения торпед - традиционного оружия подводных лодок.

В 1956 г. был разработан технический пр.641 большой торпедной подводной лодки водоизмещением около 1950 т., представлявший собой развитие пр.611 (ЦКБ-18, главный конструктор С. А. Егоров, затем З. А. Дерибин). Лодка по сравнению с предшественницей имела увеличенные на 40% глубину погружения, на 20% большую автономность, дальность плавания, несколько улучшенную обитаемость и более совершенные вооружение и оборудование.

С целью унификации для ряда систем и устройств использовались те же механизмы, приборы и устройства, что и в пр.611.

Подводные лодки этого проекта были двухкорпусными. Прочный корпус (Толщина листов 18-22мм) выполнялся сварным, за исключением съемных листов для погрузки механизмов, которые соединялись с прочным корпусом на заклепках или шпильках. В средней части корпус имел форму цилиндра, диаметром 5,6 м, в оконечностях - форму усеченного конуса. Диаметр носовой концевой переборки составлял 3,4 м, кормовой - 2,9 м. Из семи водонепроницаемых отсеков три служили отсеками-убежищами и оборудовались специальными устройствами для выхода команды в аварийных ситуациях

В междубортном пространстве размещалась система погружения- всплытия, состоявшая из 10 цистерн главного балласта(ЦГБ). Концевые и средняя группа ЦГБ заполнялись и осушались через кингстоны, а остальные- через шпигаты. Продувание ЦГБ средней группы осуществлялось воздухом высокого давления (ВВД), хранившимся в 36 баллонах, расположенных в надстройке и внутри прочного корпуса. После всплытия лодки в позиционное положение ЦГБ продувались отработанными газами одного из бортовых дизелей или воздухом низкого давления при работе дизеля в режиме компрессора с приводом от главного электродвигателя. В аварийных ситуациях

предусматривалось продувание всех ЦГБ воздухом высокого давления. Пополнение баллонов ВВД производилось двумя дизель-компрссорами ДК-2 и одним электрокомпрессором ЭК-15. Вентиляция ЦГБ осуществлялась через клапаны вентиляции, размещенные на палубных стрингерах цистерн.

Перекладка рулей, открывание-закрывание крышек торпедных аппаратов , кингстонов и клапанов вентиляции, подъем и опускание перископов выполнялись с помощью системы гидравлики (рабочее давление 100 кгс/см2). Топливо (соляр) хранилось в шести внутренних и семи междубортных цистернах. При этом, одна из внутренних цистерн была предназначена для обеспечения топливом марки ДС дизель-комперссоров ДК-2.

Для приема усиленного запаса топлива могла использоваться уравнительная цистерна №2. хотя это и приводило к значительным неудобствам при эксплуатации лодки в начальный период плавания.

Запас пресной воды обеспечивал всего 40% автономности. Для обеспечения полной автономности использовались две электроопреснительные установки с последующим обогащением дистиллированной воды солями жесткости в фильтре -обогатителе.