thumb|USS "Wisconsin", sfotografowany na morzu, w konfiguracji z lat 80. Uzbrojenie pancerników typu Iowa przeszło długą ewolucję od momentu zwodowania pierwszego z okrętów typu Iowa w czerwcu 1940. Jednostki te pozostały jednymi z najciężej uzbrojonych okrętów amerykańskich. Artyleria główna kalibru 406 mm mogła razić cele oddalone o blisko 39 km pociskami różnego typu, poczynając od standardowych przeciwpancernych do taktycznych ładunków jądrowych nazywanych "Katie" (czyt. kejti od skrótu "kt" oznaczającego kilotonę). Artyleria średnia kalibru 127 mm umożliwiała rażenie celów z odległości 14 km pociskami z zapalnikami uderzeniowymi lub zbliżeniowymi i mogła być używana w charakterze artylerii przeciwlotniczej albo do atakowania mniejszych jednostek pływających. Zgodnie z zamówieniem pancerniki te były wyposażone w szeroki wachlarz przeciwlotniczego uzbrojenia artyleryjskiego kalibru 20 mm i 40 mm, które z biegiem czasu zostało stopniowo zastąpione pociskami rakietowymi Tomahawk i Harpoon, wielolufowymi systemami strzeleckimi Phalanx oraz środkami walki elektronicznej. Do momentu wycofania ostatniego z pancerników typu Iowa ze służby w 1992 roku, żaden inny okręt tej klasy w historii nie posiadał tak wielkiej ilości różnego rodzaju broni na pokładzieThe 10 Greatest Fighting Ships in Military History w programie Discovery Channel.
Artyleria główna thumb|Salwa burtowa USS "Iowa" oddana ze wszystkich dziewięciu dział kalibru 406 mm i sześciu dział 127 mm podczas ćwiczeń strzelania do celu. Na wodzie widoczny efekt fali uderzeniowej po wystrzale z dział 406 mm (zależny od kąta podniesienia luf). thumb|Przekrój wieży artylerii głównej:1. Opancerzona osłona działa; 2. Łoże działa; 3. Pokład artyleryjski; 4. Podpora działa; 5. Winda pocisków; 6. Międzypokład; 7. Łożysko wieży; 8. Barbeta; 9. Korpus wieży (stacjonarny); 10. Maszynownia; 11. Magazyny; 12. Poziom załadunku pocisków; 13. Pomieszczenie załadunku ładunków prochowych; 14. Winda ładunków prochowych; 15. Dosyłacze; 16. Ruchomy wewnętrzny korpus wieży; 17. Pierścień dosyłania pocisków; 18. Podest załadunkowy.
Główne uzbrojenie pancerników typu Iowa stanowi dziewięć odtylcowych dział morskich Mark 7 kalibru 406 mm (16 cali) i długości luf wynoszącej 50 kalibrówPoczątkowo główne uzbrojenie artyleryjskie miało stanowić dziewięć dział morskich Mark 2 kalibru 406 mm długości 50 kalibrów planowanych do wykorzystania na pancernikach typu South Dakota, których program budowy ostatecznie odwołano. Zła komunikacja między biurami konstrukcyjnymi doprowadziła do wyposażenia pancerników typu Iowa w inne działa morskie – Mark 7. Tony DiGiulian United States of America 16"/50 (40,6 cm) Mark 7. Dostęp 2007-07-13. zainstalowanych w trzech wieżach artyleryjskich: dwóch w części dziobowej i jednej na rufie okrętu, określanych jako konfiguracja "2-A-1". Długość luf wynosi 20 metrów (50 razy kaliber 406 mm mierzona od czoła zamka do wylotu lufy) z czego około 13 m wystaje z wieży. Każde z dział waży około 108 000 kg nie licząc zamka, lub 121 900 kg z zamkiem. Pociski działa mają masę od 850 do 1200 kg, osiągają maksymalną prędkość do 820 m/s i maksymalny zasięg do 39 kmPocisk osiąga maksymalny zasięg po około 90 sekundach lotu.
Każde działo spoczywa wewnątrz opancerzonej wieży artyleryjskiej, osadzonej na barbecie, której jedynie górna część wystaje ponad pokład okrętu. Całkowita wysokość wieży wraz z barbetą to cztery (wieże 1 i 3) lub pięć pokładów (wieża 2). W najniższych poziomach barbety znajdują się magazyny pocisków i podajniki. Do obsługi każdej z wież potrzeba 94 ludzi. Koszt jednej wieży wynosił 1,4 miliona dolarów, ale kwota ta nie uwzględnia kosztu samych dział.
Wieże można nazwać "trójdziałowymi" a nie "potrójnymi", ponieważ wszystkie lufy są niezależne i mogą być unoszone pojedynczo. Salwy z pancernika można oddawać w dowolnej kombinacji dział, włącznie z salwą burtową wszystkich dziewięciu. Wbrew powszechnemu mitowi podczas jednoczesnego odpalenia wszystkich dział artylerii głównej okręt nie przechyla się na przeciwległy bok na tyle, aby można to było zauważyć. Każda z luf może być ustawiona pod dowolnym kątem z zakresu od −5° do +45°, przy czym prędkość ich unoszenia wynosi 12° na sekundę. Wieże mogą obracać się w zakresie około 300° z prędkością około czterech stopni na sekundę i strzelać także pod kątami większymi niż 90°, który to sposób nazywany jest niekiedy "strzelaniem przez ramię". Działa artylerii głównej nigdy nie strzelały na wprost (podczas przeprowadzonego w latach 80. remontu jednostki na pokładzie dziobowym przed wieżą artyleryjską umieszczono nadawczą antenę satelitarną). W celu odróżnienia pocisków wystrzelonych z poszczególnych pancerników typu Iowa używa się dodatkowych toreb z barwnikiem znaczącym. Pancerniki "Iowa", "New Jersey", "Missouri" i "Wisconsin" wykorzystują barwniki w kolorach odpowiednio: pomarańczowym, niebieskim, czerwonym i zielonym. Wewnątrz każdej wieży na ścianie jest namalowany czerwony pas oznaczający granicę, do której cofa się lufa działa po oddaniu strzału, co ułatwia obsłudze zachowanie bezpiecznej odległości.
Po wprowadzeniu okrętu do służby podczas II wojny światowej żywotność luf wynosiła około 290 strzałów, co było spowodowane głównie niszczącym (korozyjnym) działaniem nitrocelulozy (NC), materiału pędnego pocisków. Po zakończeniu wojny United States Navy zaczęła wykorzystywać proch bezdymny produkowany na bazie difenyloaminy (SPD), którego temperatura spalania była niższa, co pozwoliło na wydłużenie żywotności luf do około 350 strzałów. Dalsze zwiększenie ich żywotności uzyskano dodając do ładunków prochowych dwutlenek tytanu i wosk nazywany "szwedzkim dodatkiem". Pierwszym okrętem na którym wykorzystano tę mieszankę był "New Jersey", podczas misji bojowej u wybrzeży Wietnamu, później weszły one na wyposażenie pozostałych jednostek typu Iowa po ich reaktywowaniu w latach 80. Kolejnym zabiegiem zwiększającym żywotność luf było zastosowanie poliuretanowych koszulek na worki z materiałem pędnym, których zadaniem była redukcja niszczącego wpływu gazów prochowych podczas strzelania.
Powyższe zabiegi wydłużyły żywotność luf na tyle, że określanie ich stanu na podstawie współczynnika zużycia gazami prochowymi ESR (Equivalent Service Rounds) przestało być adekwatne. W zamian zaczęto stosować współczynnik FER (Fatigue Equivalent Rounds) mówiący o mechanicznym zużywaniu luf pociskami (ograniczona liczba cykli mechanicznych).
Systemy kontroli ognia Podobnie jak większość amerykańskich pancerników z okresu II wojny światowej, pancerniki typu Iowa wyposażone były w przelicznik artyleryjski Mark I Fire Control Computer przeznaczony do ciągłego namierzania i śledzenia celów nawodnych, lądowych i powietrznych. Ten prosty komputer analogowy pomagał w kierowaniu ogniem z uwzględnieniem wielu czynników takich jak prędkość celu, jego kurs, czas lotu wystrzelonych pocisków i wpływ oporu powietrza na ich trajektorię. W miarę rozwoju techniki do tego dość prostego urządzenia można było wprowadzać dane z opracowanego w latach 40. radaru, co w znacznym stopniu poprawiło skuteczność ataku zarówno celów nawodnych jak i naziemnych. Użycie radaru umożliwiło prowadzenie skutecznego ognia przy złej widoczności czy w nocy, a nowe możliwości zostały wykorzystane w spektakularny sposób, kiedy w listopadzie 1942 w bitwie z siłami japońskimi USS "Washington" skutecznie ostrzelał w nocy z odległości 7 km japoński krążownik liniowy "Kirishima". Trafiony 9 pociskami 406 mm okręt japoński stanął w płomieniach i został ostatecznie zatopiony przez własną załogę.
Użycie radaru dało okrętom wojennym US Navy znaczą przewagę nad okrętami przeciwnika, jako że Japończykom do końca wojny nie udało się w praktyczny sposób dopracować systemów automatycznego kierowania ogniem z wykorzystaniem radaru w takim samym stopniu jak Amerykanom.
Po zakończeniu wojny, w miarę doskonalenia techniki wojskowej, pancerniki Iowa otrzymywały nowe modele komputerów balistycznych, pozwalające im na zwiększanie celności i skuteczności prowadzenia ognia. W latach 80. każda wieża była wyposażona w radar DR-810, który wyliczał prędkość wylotową każdego pocisku. DR-810 używany równolegle z systemem kierowania ogniem Mark 160 pozwolił na osiągnięcie dużej skuteczności ognia dla okrętowych dział tego kalibru.
Amunicja thumb|16-calowe pociski artylerii głównej Działa dużego kalibru zostały zaprojektowane do strzelania dwoma rodzajami pocisków: przeciwpancernymi – do zwalczania opancerzonych okrętów i umocnień, takich jak bunkry czy stanowiska artylerii nadbrzeżnej, oraz burzącymi – do atakowania nieopancerzonych celów i bombardowania wybrzeża.
Pocisk Mk. 8 APC (Armor-Piercing, Capped, przeciwpancerny z czepcem) ważył 1225 kg i został zaprojektowany do przebijania wykonanych z utwardzonej stali pancerzy wrogich pancerników. Z odległości 18 km pocisk Mk. 8 mógł przebić 500 mm stalową płytę pancerną lub 6400 mm zbrojonego betonu. Do ostrzału nieopancerzonych celów i wybrzeża stosowany był ważący 862 kg pocisk Mk. 13 HC (High Capacity, wysokiej pojemności – termin odnoszący się do dużego ładunku wybuchowego przenoszonego przez pocisk), którego eksplozja przy uderzeniu w ziemię tworzyła krater o średnicy 15 m i głębokości 6 m. Siła wybuchu pocisku Mk. 13 była w stanie pozbawić drzewa liści w promieniu 360 m od miejsca detonacji.
Ostatnim typem amunicji opracowanym dla pancerników typu Iowa były pociski nazywane "Katie". Zaprojektowano je zgodnie z doktryną Mutual Assured Destruction, którą obmyślono w Stanach Zjednoczonych na początku zimnej wojny. W ramach pewnego rodzaju współzawodnictwa z USAF i US Army, które posiadały w swym arsenale broń jądrową w postaci bomb i pocisków przeznaczonych do wykorzystania na polu walki, także US Navy rozpoczęła ściśle tajny program, którego celem było opracowanie morskiego pocisku jądrowego Mk. 23 o przewidywanej mocy od 15 do 20 kiloton. Pociski te opracowano z przeznaczeniem do wystrzeliwania z najlepszych ówcześnie dostępnych dział morskich, które znajdowały się na wyposażeniu czterech okrętów typu Iowa. Program opracowania pocisków rozpoczęto około 1953 roku i dość szybko, bo już w 1956, zakończono. Do tej pory dokładny czas wprowadzenia ich na uzbrojenie okrętów typu Iowa nie jest znany ze względu na stanowisko US Navy, która nigdy nie zaprzeczyła ani nie potwierdziła, że broń nuklearna znajdowała się na jej okrętach. W 1991 roku Stany Zjednoczone, wykazując jednostronną inicjatywę, wycofały ze swego arsenału artyleryjskie pociski jądrowe, a rok później uczyniła to także Rosja. Łącznie z terenu Europy wycofano około 1300 sztuk amerykańskich pocisków artyleryjskich z ładunkiem nuklearnym i zgodnie z raportami ostatni z nich zniszczono do 2003.
Artyleria średnia thumb|Stanowisko dział kalibru 127 mm ozdobione logo Korpusu Piechoty Morskiej na pokładzie pancernika USS "New Jersey"