Nguyên bản tàu ngầm lớp Kilo được sử dụng để phục vụ hải quân các nước thuộc khối Vác-sa-va thay cho những chiếc tàu lớp Whishkey và Foxtrot cũ. Tàu dài 72,54m rộng 9,75m và có độ choán nước là 3.076 tấn. Tàu có thủy thủ đoàn gồm 12 sĩ quan, 41 binh sĩ và có thể hoạt động 45 ngày liên tục trước khi cần tái cung cấp hậu cần. Tàu ngầm Kilo được trang bị 2 động cơ diesel và được điều khiển điện cho phép nó có thể chạy với tốc độ 10 hải lý trên bề mặt nước và 17 hải lý khi lặn. Đây không phải là tàu ngầm có tốc độ cao nhưng nó có thể đi với khoảng cách từ 11.112km tới 13.890km nghĩa là từ trung tâm của Hạm đội biển bắc Nga nó có thể tuần tra khoảng 1.852km rồi tới thẳng Cuba.
Tàu ngầm lớp Kilo không lặn quá sâu. Theo sách Combat Fleets of the World của tác giả Bernard Prezilin, tàu lớp Kilo thông thường lặn xuống độ sâu khoảng 240m và có thể lặn tới độ sâu tối đa là 300. Những chiếc tàu ngầm này hoạt động rất tốt ở những vùng nước nông, với đôi chân vịt được điều khiển bởi các động cơ có tốc độ thấp cho phép nó có thể hoạt động tiếp cận gần hơn tới khu vực đáy nước so với các tàu khác.
Có rất nhiều phương pháp tiêu âm được áp dụng vào Kilo. Vỏ tàu có hình giọt nước, giảm lực cản của nước hơn nhiều thiết kế tàu ngầm của kỷ nguyên Thế chiến II. Máy tạo lực đẩy của tàu được cách ly với thân tàu bằng những thành phần cao su để tránh những rung động tạo ra âm thanh có thể nghe thấy bên ngoài tàu. Tàu cũng có lớp phủ cao su để triệt tiêu các tiếng động từ bên trong thân tàu, điều phần lớn khiến cho tàu ngầm bị phát hiện. Hệ thống tái tạo không khí trên tàu có thể cung cấp cho thủy thủ đoàn oxy trong 260 giờ tức là cho phép tàu lặn liên tục dưới nước trong gần 2 tuần.
Hệ thống định vị thủy âm trên tàu gồm radar MGK-400 Rubicom (Shark Gill) có thể hoạt động theo nguyên lý chủ động hoặc bị động. Tàu cũng được trang bị radar tần số cao MG519 Mouse Roar để phân loại mục tiêu và tránh thủy lôi. Với các nhiệm vụ tìm kiếm và di chuyển trên bề mặt nước, Kilo sử dụng radar MRK-50 Albatros. Tàu Kilo có 6 ống phóng hỏa tiễn với kích cỡ nòng tiêu chuẩn đường kính 533mm, đã được chỉnh sửa để có thể mang những quả thủy lôi và 16 quả tên lửa chống tàu ngầm SS-N-15A Starfish. Trên những chiếc tàu lớp Kilo mới nhất có 2 ống phóng có khả năng phóng ngư lôi dẫn đường. Kilo cũng có điểm duy nhất mà tàu ngầm khác không có là vị trí cho thủy thủ đứng bắn tên lửa phòng không vác vai Igla.
24 chiếc tàu ngầm lớp Kilo đã từng được sử dụng thời Liên Xô. Trong đó, 11 chiếc vẫn đang được Nga sử dụng. 1 trong số chúng được bán cho Ba Lan hiện vẫn đang hoạt động. Còn 1 chiếc của Romania đã không còn sử dụng. 10 chiếc được bán cho Ấn Độ trong đó 9 chiếc vẫn hoạt động tốt còn chiếc thứ 10 gặp hỏa hoạn và chìm tại cảng vào tháng 8.2013. Trung Quốc có một số tàu ngầm lớp Kilo mua sau Chiến tranh lạnh.
Tàu ngầm là một trong những loại tàu chiến đầu tiên mà xưởng đóng tàu Nga bắt đầu chế tạo lại sau sự tan rã của Liên Xô. Một phiên bản cải tiến của tàu lớp Kilo còn được biết tới là Kế hoạch 636.3 hay "Kilo cải tiến", được phát triển để phục hồi lực lượng hải quân và kiếm tiền từ xuất khẩu. Tàu ngầm lớp 636.3 được cải tiến toàn diện. Kích thước của tàu giữ nguyên nhưng thân tàu được tính toán lại để cải tiến dòng chảy khí động học. Nó cũng giảm các âm thanh gây tiếng ồn nhờ tách các bộ phận máy móc, chuyển các loại máy tới nơi chúng ít gây ồn nhất. Hiệu suất của tàu mới hơn tàu cũ tới 25%. Tuy nhiên, các hệ thống sonar vẫn lớn như tàu lớp Kilo nguyên bản.
Một trong những cải tiến lớn nhất của tàu lớp 636.3 là khả năng có thể phóng tên lửa hành trình Kalibr. Đây là tên lửa lớp đa năng với các phiên bản tấn công mặt đất, chống hạm, chống tàu ngầm... Tháng 12.2016, tàu ngầm Nga Rostov-on-Don đã bắn Kalibr tấn công mặt đất để tấn công IS tại Syria.
Trung Quốc là một trong những khách hàng sớm nhất mua tàu lớp 636.3 với số lượng 10 chiếc vào thập niên 1990. Khách hàng khác là Algeria mua 2 chiếc Kilo mới để bổ sung vào đội tàu ngầm của họ. Việt Nam mua và đã nhận đủ 6 chiếc tàu ngầm Kilo lớp 636.3 với mục tiêu ngăn ngừa các sự xâm nhập trái phép vào lãnh hải và các vùng đảo chủ quyền của Việt Nam tại Biển Đông. 6 chiếc tàu này có giá trị khoảng 1,8 tỷ USD.
Nga cũng đã mua 6 chiếc 636.3 để bổ sung cho hạm đội tàu ngầm của mình. Chiếc cuối cùng mang tên Kolpino được hạ thủy vào tháng 2 tại cảng Admiralty thuộc St.Petersburg. Kolpino sẽ thuộc biên chế của Hạm đội Biển Đen, nơi nó có thể tấn công các mục tiêu của IS bằng tên lửa hành trình. Có vẻ Nga đang dừng việc bán những tàu ngầm lớp Kilo và đang định chuyển sang tàu ngầm lớp Lada.
Tàu ngầm lớp Kilo đã rất thành công cả ở mặt kỹ thuật và thương mại. Chiếc tàu đã trở thành huyền thoại trong con mắt của NATO. 53 chiếc đã được chế tạo trong thời gian khoảng 33 năm, giúp cho các xưởng đóng tàu Nga luôn đứng vững sau thời kỳ hậu Chiến tranh lạnh. Với những chiến dịch của Nga chống lại IS và những căng thẳng đang dâng cao ở Biển Đông có thể người ta sẽ được chứng kiến những hoạt động của tàu ngầm Kilo tại các vùng biển Châu Á, National Interest nhận định.