海軍條約時代對于巡洋艦的主炮和排水量有著嚴格的限制，那一時期美國僅在1936年開工建造了布魯克林級，裝備的MK16型152mm艦炮性能非常優秀，但是由于仰角的限制，實戰中無法進行作戰，而美國海軍當時裝備的25倍徑127mm防空炮初速低且射高有限，對于高速來襲的敵機防空效率較差，面對應對未來海戰可能出現的防空壓力，美國海軍亟需異型防空巡洋艦來充實艦隊的實力。
早在30年代，美國海軍就研發了新型的艦載高平兩用炮，在老式25倍徑高平兩用炮的基礎上改進而來。采用全封閉的炮塔和半自動的裝填機制，使得新型的MK12型127mm高平兩用炮能夠在任何角度下進行裝彈。雖然采用人工裝填，但是機械壓彈的結構使得主炮每分鐘最快可以發射22發。而相比較25倍徑的高平兩用炮，MK12型主炮的炮彈初速達到792m/s，對海上目標最遠射程達到15km，對空射高可以達到11km，在服役后成為當時最優秀的高平兩用炮之一。
不過由于三十年代時，這款艦炮沒有大規模的量產，導致此型性能優異的主炮在戰爭初期的成本極高，造價高達18萬美元一座。不過隨著戰爭的爆發，到了1945年，MK12及其改進型的主炮造價降低到了10萬美元一座。
在1939年設計的新型輕巡洋艦上，一共裝備8座MK12型主炮塔，同時考慮到造價的因素，新型的防空巡洋艦并沒有突破8000噸的標準排水量。1940年4月首批4艘防空巡洋艦開工建造，太平洋戰爭爆發后這4艘巡洋艦各自建成服役，分別為CL51亞特蘭大號，CL52朱諾號，CL53圣地亞哥號，CL54圣胡安號。在首批4艘開工后，后續建造的4艘同級艦拆除了魚雷發射管和艦體兩側的主炮。
亞特蘭大級前四艘艦，在服役時都裝備了8座MK12型主炮，不過僅有6座沿艦體中軸線布置，其中兩座分別布置在艦體兩側魚雷發射管前方，導致這兩座炮塔的射界非常糟糕。不過應對一側來襲的飛機時，還是能夠保證一次性有7座主炮對空攻擊。在中小口徑的防空炮上，亞特蘭大級并沒有裝備著名的博福斯40mm防空炮，而是裝備28mm四聯裝芝加哥管風琴。在防御上，由于排水量和造價的限制，亞特蘭大級的主裝甲帶最厚處僅有89mm，幾乎無法防御日軍127mm炮彈的攻擊。
在朱諾號上服役的沙利文五兄弟
較差的防護使得亞特蘭大級在之后的實戰中蒙受了較為嚴重的損失，1942年11月的瓜島海戰中，由于雷達性能不可靠，使得當時海域內的美國水面艦艇沒有及時發現日軍來襲的艦隊。在夜戰中亞特蘭大號和朱諾號遭到日軍驅逐艦的平射火力射擊，受到一定的損傷。
但是戰斗中兩艘亞特蘭大級巡洋艦充分發揮了密集的平射火力，也對日軍的巡洋艦和驅逐艦造成了損失。但遺憾的是，在夜戰中兩艘艦先后各被命中一枚氧氣魚雷，導致喪失戰斗力，并且在掙扎了一夜之后，還是于次日沉沒。其中朱諾號上服役的薩利文五兄弟在此戰中全部犧牲，導致美軍出臺幸存者法案，以保護在軍隊中服役的那些來自同一家庭的同胞兄弟。
在1943年美軍研制了127mmVT近炸引信，使得裝備127mm高平兩用炮的戰艦防空效率大大提升，而亞特蘭大級剩余的艦艇在全部換裝VT近炸引信后的1944年馬里亞納海戰中，擊落了大量來襲的敵機，成為當時航母艦隊防空效率最高的巡洋艦，戰爭后期亞特蘭大級和奧克蘭級都改裝了大量的博福斯和厄利孔高炮，使得成為當時美國海軍防空戰力最強的戰艦。
戰爭結束前美國海軍已經開始建造裝備152mm防空炮的伍斯特級防空巡洋艦了，因此亞特蘭大級算是充分完成了自己在二戰中的使命。總結亞特蘭大級巡洋艦，在裝備了VT引信后，防空效率高于當時任意一艘戰艦，撐起了戰爭期間美國航母編隊的防空大旗。
