埃塞克斯级航母建成后相继投入了太平洋战争，它们组成快速航母特混编队，与“企业”号、“萨拉托加”号及独立级9艘轻型航母一道，向日本舰队发起了猛烈的攻势，为最终夺取太平洋战争的胜利建立了不朽功绩。
在1944年的马里亚纳海战和同年10月的莱特湾海战中，埃塞克斯航母大显神威。先后击沉了日本“飞鹰”号、“千代田”号、“千岁”号、“瑞凤”号、“瑞鹤”号航空母舰和“武藏”号战列舰，1945年，埃塞克斯级航母更是战功赫赫，击沉了“海鹰”号航母和“榛名”号、“伊势”号、“日向”号、“大和”号战列舰。同时，还击沉了若干其他舰只。
在激烈的战斗中，该级大部分舰只遭到了不同程度的损伤，有的伤势十分严重，但它们却没有一艘因伤沉没。“富兰克林”号是它们当中损伤最为严重的一艘舰只，但由于损管措施得力，竟然依靠自身的动力驶回了珍珠港。战争结束时，它们大都载誉而归。以“埃塞克斯”号为例，它就因功荣茨“总统单位嘉奖”和13枚战役铜星纪念章。
战后改装
战后，新一代舰载喷气机应运而上。但是，航空母舰要搭载喷气机就需要一整套新的操机系统和方法，特别是大功率的飞机弹射器。这就从客观上导致了埃塞克斯级航母必须进行广泛的现代化改装。1947年6月4日，美国海军作战部长批准了代号为SCB一27A的方案。第一艘进行此项改装的航母为“奥里斯坎尼”号，随后又有“埃塞克斯”号、“黄蜂”号、“奇沙治”号、“张伯伦湖”号、“木宁顿”号、“约克城”号、“伦道夫”号和“大黄蜂”号。
SCB-27A方案改装的主要内容是提高航母的操机能力，即具有操作总重量为1．8吨的舰载机。为此，将原先的H4－1式弹射器拆除，代之以H－8式；加固飞行甲板，拆除一些127毫米炮，以减少舰上部重量、增大甲板空间和飞机着舰区的安全度；增大升降机的尺寸和载机能力，安装供喷气概使用的特种设备，如喷焰偏转器、喷气燃油混合器等。
由于蒸汽弹射器的闻世和将来可能采用更先进的飞机，在SCB－27A方案的基础上，美国海军又制订出SCB一27C（轴向甲板）方案。该方案的主要内容是采用英国研制的蒸汽弹射器（美国称C一11蒸汽弹射器）。接此方案进行改装的航母有“汉科克”号、“勇猛”号和“提康德罗加”号。“汉科克”号是美国海军中第一艘安装新式蒸汽弹射器的航母。1954年6月1日，H?J?杰克逊海军中校驾驶一架S2F一1飞机从“汉科克”号上起飞。这是美国海军从航次试飞。
1952年6月，美国航空局建议在“安提坦”号航母上安装英国研制的斜角飞行甲板，并于同年12月中旬在纽约海军船厂完成了这一改装，这一新方案称为改进的SCD－27c（斜角飞行甲板）方案，又称SCB－125方案。该方案的主要内容是：加装斜角飞行甲板和采用封闭式舰首；改进MK－7拦阻装置，加大舰首中线的开降机，增设空调和隔音装置以及改进甲板上的照明设备等。首先进行改装的是“列克星敦”号、“香格里拉”号和“好人理查德”号。由于这种改装十分成功，已进行过SCB一27C和SCB一27A改装的该级航母（“张伯伦湖”号除外）均按照SCB一125方案进行了现代化改装。
在原先进行SCB一27A方案改装、后又进行SCB一125方案改装的9艘航母中，除“奥里斯坎尼”号安装了蒸汽弹射器外，其余8艘仍然保留了液压弹射器。因此，这8艘不宜担任攻击航母，它们于60年代初经再次改装，改为反潜航母：战后未曾进行过任何改装的“拳师”号、“普林斯顿”号和“福吉谷”号航母，则作为两栖攻击舰重新服役。
现代化改装后，埃塞克斯级航母的排水量和主尺度增加了许多。以“香格里拉”号为例，1962年它的标准排水量增至33100吨，满载排水量增至43000吨，舰长（全长）增到272．6米，最大舰宽58米，满载吃水增至9．44米?。为了减少重量，舰上的人炮逐步减少，到服役末期大部分仅装有4门单管121毫米炮，在50年代中期，该级舰中还有不少舰只装备了“天狮星”I 型导弹。
陆续退役
美国海军在战后大幅度缩编，大部分埃塞克斯级航母曾暂时退出现役。后来因局部战争的需要，它们又先后重新服役。在侵朝战争中，计有10艘该级航母参战；在越南战争期间，有9艘该级航母曾活跃在越南附近海域；古巴导弹危机时有它们到场，在黎巴嫩事件期间，也有它们插足……
然而，随着岁月的流逝，它们先后进入唾暮之年，陆续退出了现役。到1976年10月，只有作为训练航母的“列克星敦”导（AVT－16）在编。1991年11月8日，“列克星敦”号也终于退出了现役。在24艘埃塞克斯级航母中，除“约克城”号、和“勇猛”号已作为博物馆舰长久保留外，其余舰只已经或将要从美国海军的舰船名册中消失。
标准排水量
27200吨/34800吨（满载）
动力
150,000马力
飞行甲板长度
750英尺
航速
32.7节
火炮
5英寸火炮12座，40mm高射炮68座，20mm高射炮55座
标准舰载机
80-90架
舰员
3442人
