Sau thành công của tàu ngầm năng lượng hạt nhân đầu tiên lớp Novemer, Liên Xô đã xúc tiến một chương trình phát triển tàu ngầm mới có khả năng tấn công tầm xa. Mặc dù, Liên Xô đã có loại tàu ngầm mang tên lửa đạn đạo lớp Golf, nhưng đây là loại tàu ngầm diesel-điện với khả năng hoạt động khá hạn chế.
Mặt khác, hệ thống động lực diesel-điện không thể trang bị cho các tàu ngầm có lượng giãn nước lớn. Các nhà lãnh đạo Liên Xô đã chỉ thị phát triển một tàu ngầm hạt nhân mang tên lửa đạn đạo dựa trên tàu ngầm hạt nhân lớp November và sử dụng hệ thống vũ khí tương tự như tàu ngầm lớp Golf.
Tàu mới được chỉ định Đề án 658, NATO định danh lớp Hotel. Dự án được phê duyệt vào năm 1956, mục tiêu của dự án là thiết kế một thế hệ tàu ngầm có khả năng thực hiện cuộc tấn công hạt nhân vào các căn cứ hải quân, trung tâm hành chính, các cơ sở công nghiệp sâu bên trong lãnh thổ đối phương. Tàu ngầm đề án 658 có chiều dài 114m, rộng 9,2m,mớn nước 7,31m, lượng giãn nước 5.588 tấn khi lặn..
Thiết kế của tàu ngầm lớp Hotel dựa trên tàu ngầm lớp November bổ sung thêm khoang chứa tên lửa D-2 sử dụng tên lửa đạn đạo phóng từ tàu ngầm R-13. Ngoài ra, tàu có thiết kế thủy động lực học hẹp về chiều ngang mang lại khả năng cơ động tốt hơn, cùng hệ thống kiểm soát bề mặt điện thủy lực đáng tin cậy cho các hoạt động tốc độ cao dưới nước, cũng như giảm tiếng ồn.
Đề án 658 cũng là tàu ngầm đầu tiên của Liên Xô được trang bị hệ thống sonar Arctic-M với một an-ten phản xạ cho phép kiểm soát mục tiêu tốt hơn. Sonar này có thể cung cấp dẫn hướng cho ngư lôi trong phạm vi 18km.
Tàu được trang bị 2 lò phản ứng hạt nhân VM-A công suất 70 MW, 2 tua bin hơi nước công suất 35.000 mã lực truyền động cho chân vịt 2 trục. Hotel có tốc độ tối đa khi nổi 18 hải lý/h, tốc độ tối đa khi lặn 26 hải lý/h.
Tàu ngầm lớp Hotel được trang bị 3 ống phóng tên lửa D-2 bố trí trên tháp quan sát. Tàu ngầm buộc phải nổi lên để phóng tên lửa nhưng 3 tên lửa đạn đạo R-13 có thể được phóng đi chỉ trong vòng 12 phút. R-13 (NATO định danh là SS-N-4 Sark) là tên lửa đạn đạo phóng từ tàu ngầm đầu tiên của Liên Xô. Tên lửa R-13 có thiết kế khí động học tương tự như tên lửa R-11FM Scud nên đã từng gây nhầm lẫn cho giới tình báo phương Tây. R-13 là một tên lửa đạn đạo nhiên liệu lỏng có tầm bắn khoảng 600km.
Tàu ngầm hạt nhân lớp Hotel đầu tiên được đưa vào hoạt động năm 1960. Thế hệ tàu ngầm lớp Hotel đầu tiên bị chỉ trích khá nhiều về độ tin cậy khi hoạt động, điều này đã dẫn đến sự thay đổi của nhà thiết kế chính vào năm 1958. Từ năm 1961, nhà thiết kế mới của dự án là SN Kovalev đã sửa đổi lại thiết kế của tàu ngầm đề án 658, NATO chỉ định là Hotel-II.
Hotel-II được trang bị hệ thống phóng D-4 mới có khả năng phóng tên lửa ở độ sâu 16m dưới nước, tạo ra bước đột phá về khả năng tấn công bí mật từ dưới nước. D-4 sử dụng tên lửa R-21, NATO định danh SS-N-5 Sark với tầm bắn khoảng 1.200km. Đến giai đoạn 1969-1970, tàu ngầm K-145 đã được sử đổi để phóng tên lửa đạn đạo liên lục địa R-29.
Tàu ngầm sửa đổi được gọi là dự án 701, NATO định danh là Hotel-III. Chiều dài của tàu ngầm được kéo dài đến 130m để phù hợp với kích thước ống phóng mới. Lượng giãn nước khi lặn tăng lên 6.400 tấn, tốc độ khi nổi giảm xuống còn 14 hải lý/h, khi lặn còn 22 hải lý/h.
Hotel-III được trang bị 6 ống phóng tên lửa R-29 được đặt trong 2 khoang. Tên lửa đạn đạo liên lục địa R-29 đời đầu có tầm bắn khoảng 7.700km. Tàu ngầm hạt nhân mang tên lửa đạn đạo lớp Hotel đã tạo ra một bước đột phá trong lĩnh vực tấn công tầm xa dưới nước, tạo tiền đề cho sự ra đời của các loại tàu ngầm hạt nhân chiến lược sau này.
Tuy nhiên, lớp tàu ngầm này có độ tin cậy khi hoạt động tương đối thấp, đặc biệt là độ an toàn của lò phản ứng hạt nhân không cao, đó cũng là điểm yếu chung của các tàu ngầm thế hệ 1 và thế hệ 2 của Liên Xô.
