A csatahajók nehéztüzérséggel (legalább 280 mm) és nehéz páncélzattal felszerelt egységek, saját koruk legnagyobb méretű, legdrágább hadihajói, a tengeri hatalom elsődleges szimbólumai voltak.
Az első lépés az 1860-as HMS Warrior volt. 1906-ban az addig a flották gerincét adó sorhajókat minden tekintetben felülmúló, azoknál nagyobb méretű, összehasonlíthatatlanul erősebb fegyverzetű és páncélzatú, egyszersmind gyorsabb, forradalmian új hadihajó, az HMS Dreadnought lépett szolgálatba. A Royal Navy ezzel elavulttá tette az összes akkor létező nehéz, páncélos hadihajót. A legkorszerűbb sorhajók 4 db. 305 mm nehézlövegével szemben a Dreadnought 10 db. 305 mm ágyúval lett felszerelve. Az HMS Dreadnought és utódai csatahajó néven vonultak be a hadtörténelembe. A csatahajók mérete folyamatosan nőtt, fegyverzetük és páncélzatuk erősödött.Elsősorban az angolszász és a francia terminológia már a 19. század óta csatahajóknak (battleship, illetve cuirassé) nevezi és tekinti az 1870-es évektől épült nehéz, páncélos hadihajókat. Német elnevezésük ellenben a Linienschiff (sorhajó), vagy Einheitslinienschiff (egységsorhajó).
Ezeket az egységeket a modern nemzetközi szakirodalom a pre-dreadnought csatahajó elnevezéssel illeti, Magyarországon azonban a inkább a sorhajó, vagy páncélos sorhajó kategória az elterjedtebb. A nemzetközi gyakorlat egyértelmű, precíz és pontos, a magyar ellenben nem kellően egyértelmű, tekintve hogy a 17. századtól sorhajónak nevez minden nehéz hadihajót az HMS Dreadnought és utódai megjelenéséig, attól függetlenül, hogy fából épült vitorlásokról, mint az HMS Victory, vagy óriási, acélból épített, páncélozott nehéz hadihajókról, mint a Radetzky-osztály van-e szó.
Az Osztrák-Magyar Monarchia haditengerészete számára a magyar ipar, a Ganz-Danubius fiumei üzemében szintén épített egy csatahajót, az SMS Szent Istvánt.
A tengeri hatalmak, különösen Nagy-Britannia és a Német Császárság között az első világháborút megelőzően dreadnought-építési verseny bontakozott ki. Az első világháború után az 1922-es, az öt nagyhatalom (Nagy-Britannia, Egyesült Államok, Japán, Franciaország, Olaszország) által megkötött washingtoni haditengerészeti szerződés mind a csatahajók számát, mind méretét (maximum 35 000 tonna vízkiszorítás és 406 mm-es ágyúkból álló főfegyverzet) drasztikusan korlátozta, új egységek építését a brit Nelson osztály (HMS Nelson és HMS Rodney) kivételével gyakorlatilag megtiltotta (building holiday). Egyúttal az egyes haditengerészetek méretét is jelentősen csökkentette. A csatahajókat és a csatacirkálókat az egyezmény capital ship néven egy kategóriának tekintette. Az 1930-as londoni haditengerészeti szerződés további csatahajók (5 brit, 5 amerikai és 1 japán) leselejtezését írta elő. Ezen egyezmények következménye volt, hogy a második világháborúban részt vevő flották csatahajóinak döntő többsége felújított első világháborús egységekből állt, új, korszerű csatahajók építése csak az 1930-as évek derekától vehette kezdetét. Ennek alapjául az 1932-es második genfi haditengerészeti konferencia, majd pedig az 1936-os második londoni haditengerészeti szerződés szolgált.
A legnagyobb méretűek a japán Jamato osztály egységei voltak, utoljára pedig 1946-ban a brit HMS Vanguard épült meg a csatahajók közül.A nagyhatalmak a második világháborút követően az 1950-es, 1960-as években leselejtezték még meglévő csatahajóikat, kivételt csak az Egyesült Államok képzett, a négy Iowa osztályú egységet 1990-1992 között vonták ki a szolgálatból, leselejtezésükre fokozatosan csak 1995 és 2006 között került sor. Nyolc amerikai csatahajó maradt fenn múzeum-hadihajóként. Ezek a USS Texas, a USS North Carolina, a USS Alabama, a USS Massachusetts, a USS Iowa, a USS New Jersey, a USS Missouri és a USS Wisconsin.
