1937年にロンドン海軍軍縮条約が失効したため巡洋艦の保有制限がなくなった。アメリカ海軍は当クリーブランド級52隻の建造を計画し、39隻が発注されたが、軽巡洋艦として完成したのは27隻であり、3隻は建造中止。9隻は建造中の船体を流用して軽空母として完成し、インディペンデンス級航空母艦となった。

基本的にブルックリン級軽巡洋艦の船体設計を受け継いでいるが、若干幅を広げ、後楼も大型化した。武装はブルックリン級の47口径6インチ3連装5基15門から4基12門に減少し、逆に38口径5インチ砲は単装8基8門から連装6基12門に増加したので、前級に比べれば対艦と対空兵装のバランスが取れた仕上がりになった。

本級のクリーブランド、コロンビア、モントピリア、デンバーは水上戦闘部隊の手駒が切れかかっていた時期の1943年11月2日、ブーゲンビル島攻略支援に第39任務部隊の主力として投入された。日本海軍は天候不良とアメリカ軍に察知されたため逆上陸作戦を中止していたが、第39任務部隊の撃滅を目指し、エンプレス・オーガスタ湾に突入してきた。クリーブランド級4隻は悪天候の中、レーダー射撃を有効に利用して日本連合襲撃部隊に打撃と混乱を与え、川内と初風を撃沈した。体勢を整えた日本海軍はデンバーと駆逐艦2隻が損傷させたが、煙幕を張って回頭したアメリカ艦隊を撃破、撃沈したものだと誤認して退却した。重巡洋艦2隻、軽巡洋艦2隻、駆逐艦11隻の有力な艦隊に対してクリーブランド級4隻、駆逐艦8隻という劣勢状況下で1隻の沈没なく日本海軍を撃退したことは当級の優秀さが伺える。ソロモン近海の制海権はアメリカ海軍が堅持し、この海戦の約一週間後にはギルバート・マーシャル攻略が開始された。

順次、竣工したクリーブランド級は空母機動部隊の護衛や上陸戦の火力支援（艦砲射撃）などに従事し、アメリカ海軍の反攻を影から支えた。

戦後、1959年から1974年にかけて大半の艦はスクラップとして解体されたが、スプリングフィールド、トピカ、プロビデンス、オクラホマシティ、リトルロック、ガルベストン等はミサイル巡洋艦（ガルベストン級ミサイル巡洋艦）に改装され、1960年代も現役だった。また、ヴィンセンス、ウィルクス・バール、アトランタの3隻は実験艦、標的艦として使用、処分された。