До конца XVI столетия кораблестроение было основано на личном опыте, глазомере и интуиции. После 1580 года были определены первые эмпирическо-математические принципы кораблестроения, и судостроителей обязали придерживаться их. Основополагающим для строительства галеона стало измерение длины киль-балки. В зависимости от ее размеров уже устанавливалось количество шпангоутов, кривизна и изгиб корпуса, толщина палуб и наружной обшивки и т. д. В крепеже корпуса стали использоваться железные конструкции.
Толщина корпусной обшивки галеона возрастала по мере приближения к килю. Щели между досками затыкали пеньковыми волокнами и просмаливали, стараясь обеспечить необходимую водонепроницаемость корпуса. Для корпусов галеонов, предназначенных для плавания в южных морях, применяли дополнительную защитную наружную обшивку, отделенную от основной обшивки просмоленной парусиной, И последним ухищрением, направленным на сохранение подводной части корпуса, было нанесение на нее слоя растительного ил и животного жира.
Позолота наносилась на носовую фигуру и на кормовой балкон. Остальные части корпуса красились обычно в черный цвет и охру, ею также использовались красный, желтый, синий и белый цвета. На каждую мачту поставлялся свой флаг, обычно — с королевским гербом.
В XVI веке Испания имела два главных кораблестроительных центра — верфи Ла-Коруни на севере Страны Басков и верфи в Кадише и Севилье на южном побережье Андалузии.
После 1610 года испанцы получили возможность строить галеоны в Новом Свете — на верфях Гаваны, где в первой половине XVII века и была построена большая часть галеонов, использовавшихся для связей с Индией. Также корабли такого класса могли строиться и на верфях Картахены, но они в основном использовались для ремонта и строительства мелких кораблей. Лучшими стапелями обладали верфи в Бильбао, хотя использовавшаяся там древесина (дуб) уступала превосходному красному дереву, который применялся на кубинских верфях. Но тут уже на главенствующие позиции выходили многовековые традиции кораблестроения в Бильбао, хорошее местное железо и тот факт, что Бильбао был признанным центром производства пушек. Также в его пользу были устойчивые связи с Северной Европой, гарантирующие поставки хвойного строевого леса для мачт и обилие материала для парусов, такелажа и пр.
Во времена Филипа IV изменились принципы кораблестроительной политики Мадрида. Если раньше этим всецело занималось государство, то теперь галеоны строились частными судостроителями по заказу королевского двора на королевских же верфях. Испанская корона получала корабль от судостроителя в виде «полуфабриката», и после этого продолжался процесс достройки, который иногда длился столько же, сколько и сама постройка — до двух лет. Этот процесс включал в себя: установку артиллерии, навигационных инструментов, фонарей, шлюпок и собственно художественное оформление корабля. Отношения между титулованным заказчиком и судостроителями складывались непросто, большинство верфей располагалось под открытым небом, а их техническое оснащение оставалось примитивным на протяжении веков. Сроки строительства не выдерживались. Из-за этого иногда между государством и строителями возникали судебные тяжбы, как в случае с галеоном «Nuestra Seniora de Atocha», пост роенного в Гаване, которая продолжалась много лет, пока в 1622 году галеон не погиб во время шторма.