Kapal ini memiliki desain dengan lapisan pelindung yang lebih tebal jika dibandingkan dengan tipe kapal penjelajah lainnya pada saat itu. Namun, lapisan pelindung ini lebih tipis jika dibandingkan dengan kapal tempur besar pada umumnya. Lapisan pelindung yang menyelimuti dek SMS Goeben memiliki ketebalan bervariasi mulai dari paling tebal dengan ketebalan 76,2mm pada ruang mesin dan amunisi dan 25,4 mm pada bagian yang membutuhkan lebih sedikit perlindungan. Untuk melindungi kapal dari serangan torpedo, bagian sabuk kapal dilindungi oleh lapisan pelindung dengan rentang ketebalan 280-100mm. Bagian sabuk atas hingga bawah air (posisi meriam "A" hingga "D"), dilindungi oleh lapisan pelindung setebal 280mm. Ketebalan lapisan pelindung pada sabuk kapal kemudian mulai dikurangi menjadi 100mm mendekati bagian haluan dan buritan. Dinding-dinding sekat kapal memiliki rentang ketebalan 200-100mm. Disekeliling meriam dengan kaliber 15 cm diberi lapisan pelindung dengan ketebalan 230mm, kemudian menipis menjadi 30mm disekitarnya. Bagian atas-depan meriam utama memiliki lapisan pelindung setebal 230mm sementara bagian belakan memiliki lapisan pelindung setebal 61mm. Menara pengamat memiliki lapisan pelindung paling tebal yakni setebal 355mm dan dibagian tertipisnya dilindungi oleh lapisan setebal 5mm.
