基洛夫级核动力战斗巡洋舰装备了多种防空系统以增强其防御能力。舰载的SA-N-6“雷声”中远程垂直发射系统由十二套装置组成，总备弹量为96枚。这款导弹系统是世界上第一种舰载垂直发射系统，使用5V55/48N6导弹，具备单级固体燃料火箭推力，导弹长度7米，弹径45厘米，发射重量1,480公斤，射程可达90公里，最大高度25,000米，速度可达4-5马赫。采用冷发射技术，安全距离为25米，发动机在30-40米/秒的速率下启动。SA-N-6的导引方式类似于美国标准-2型的TVM模式，导弹在末段才开始接收导引雷达的引导信号，战斗部采用破片杀伤，拥有20,000个2克破片，据推测还具有一定的反弹道导弹能力。
除了SA-N-6，基洛夫级可能还装备了更先进的RIF-M“里夫”远程防空导弹系统，它是陆基S-300PMU-1的舰载型号。该导弹使用48N6E弹体，发动机推力增强，最大速度达到6马赫，射程扩展至120公里。导弹长度7.3米，弹径51.5厘米，战斗部含20,000个4克破片。S-300PMU1在自动化、信息传递等方面有所升级，操作更为简便，并具备反弹道导弹能力。
在近程防御方面，基洛夫级舰体前后段分别装备了SA-N-9“长手套”垂直发射装置，共备128枚导弹。SA-N-9是一种新型导弹，用于替代SA-N-4，射程45公里，速度2马赫，战斗部重15公斤，采用指令制导和主动雷达制导。SA-N-4“壁虎”采用传统发射方式，有40枚备弹，能够自主操作，或与舰载传感器系统协同工作。首两艘基洛夫级舰还配备了AK-630M火炮近防系统，最大射速高达10,000发/分，能有效应对低飞反舰导弹和轻型水面目标。后两艘舰则升级至更为先进的卡什坦防空导弹/舰炮系统，提供更全面的防御覆盖。
基洛夫级巡洋舰的作战指挥体系包括两套命令模块和六套战斗模块，能够自主处理来自探测设备的目标信号，自动分配威胁并选择最佳交战模式。每套战斗模块包括跟踪雷达、光电系统、制导雷达、6管30毫米AK-630火炮、8枚SA-N-11防空导弹等，具备同时对六个目标进行交战的能力。SA-N-11导弹的射程和高度分别为1,500-8,000米和5-3,500米，采用雷达与光学制导，备弹量为192枚。而卡什坦系统反应时间为6.5秒，最大跟踪距离为8.4千米，全重19吨，需要大型舰船提供足够的甲板空间。
二次大战结束后，一般的观念多认为大型舰的时代已成过去，许多国家都在50年代将所拥有的战斗舰除役解体，仅美国保留有4艘爱荷华级战斗舰。是时世界各国所建造的最大型水面作战舰只，为1961年完工的美国核动力巡洋舰长堤号，排水量为17525吨。因此当苏联海军开始建造一艘巨型军舰－－－基洛夫号时，曾引起海军界极大的震撼。基洛夫号于1977年下水，而当其在1980年完工后更成为各国观察家目光的焦点。