グナイゼナウはブレーメンで1904年12月に起工し、1906年6月14日進水した。1908年3月6日竣工。東アジア巡洋艦戦隊（日本ではドイツ東洋艦隊として知られる）所属となった。第一次世界大戦開戦時、姉妹艦シャルンホルストと共にポナペ島にあった。1914年8月12日にパガン島に移動、14日にはシャルンホルスト、ニュルンベルクと共にパガン島を出港して南米へ向かった。途中ドレスデン、ライプツィヒと合流し、11月1日、チリ、コロネル沖でイギリスの巡洋艦グッド・ホープ、モンマス、グラスゴーからなるイギリス艦隊と交戦、グッド・ホープ、モンマスを撃沈した（コロネル沖海戦）。