小羅斯福在1933年就任美國總統後，海軍造艦計劃終於獲得政治上的支持。首先，小羅斯福動用產業復興法案（National Industrial Recovery Act）的資金，以援助失業造船工人為名，撥款建造兩艘航空母艦及若幹驅逐艦。這批資金無須經正常國會程序撥款，而約克城號及企業號則按照1932年的藍本，在1934年5月及7月於紐波特紐斯造船廠開始建造。此時海軍仍在飛行甲板長度、防空炮裝備及位置等方面有所爭辯，但到1934年11月已有定論。
1936年兩艘約克城級下水，並分別在1937年及1938年服役。其時艦體主要性能如下： 艦體：長770呎，闊83呎2.5吋 飛行甲板：單層全通甲板，長809呎6吋，最闊109呎6.25吋 動力：9座鍋爐連接4座1,000千瓦蒸汽輪機，提供120,000軸馬力，裝有4軸螺旋槳，航速約為32.5節至33節，另附2座200千瓦柴油輪機發電 艦載機：1隊戰鬥機隊（F2F戰鬥機及F3F戰鬥機）、1隊俯沖轟炸機隊（BT轟炸機）、1隊魚雷轟炸機隊（TBD轟炸機）及1隊偵察機隊（SBC轟炸機） 飛行設施：艦艏飛行甲板2座彈射器，機庫2彈射器，飛行甲板前後均設有攔截索；3座升降臺 裝甲：艦側裝設2.5-4吋裝甲帶，以抵擋6吋火炮；3層魚雷防水壁，配合裝甲帶防止魚雷攻擊；水平裝甲設於機庫，以阻止炸彈貫穿到下層機房及武器庫；飛行甲板由木板制造，不設裝甲 艦炮：艦艏及艦艉各設有4門5吋/38單裝火炮，分別置於左舷及右舷飛行甲板；艦島前方及後方，各設有2門4聯裝1.1吋/75防空炮；艦體各處***有24挺0.5毫米勃朗寧機槍 火控系統：煙囪前後各裝上1座Mk 33電動射控系統，指引艦艏及艦艉的5吋火炮 服役初期，約克城級的表現尚屬滿意。新艦的速度與載機量，均與列克星敦級相若，而艦體的轉向更為靈活。5吋/38火炮是當時美國最新式的防空－水平兩用艦炮，而其雙聯裝版本亦為日後的埃塞克斯級航空母艦沿用。至於1.1吋防空炮，早在1934年已發現有卡彈及操作問題，而0.5毫米勃朗寧機槍的口徑過小，無法有效擊毀俯沖飛機。這些防空武器到戰時陸續為新式裝備取代。約克城級最致命的弱點仍在水下防禦方面，而此情況更因動力系統的配置而惡化。約克城級的9座鍋爐分成3列，全部排在前方，而輪機則在其後方。倘若約克城級遭魚雷攻擊，而在水線以下入水，海水只需淹沒鍋爐或輪機，便足以令全艦失去動力。
第二次世界大戰爆發後，美國不再受裁軍條約限制。海軍可趕工建造多壹艘航空母艦，以應付戰爭需要。由於時間緊迫，海軍事務委員會只能提出沿用約克城級設計，但同時附帶多項改良，特別是將新艦的鍋爐與輪機交錯配置，以減低風險。不過由於改動過多，新艦大黃蜂號最終只能建造新式艦島以及延長艦艏，動力系統的問題未有解決。在中途島海戰及聖克魯斯群島海戰，約克城號與大黃蜂號俱因魚雷攻擊而失去動力，無法離開戰場而沈沒。 約克城級在設計之時，雷達技術尚未成熟。1937年海軍研發出首批艦用搜索雷達，並在1940年命名為CXAM，安裝到多艘艦只。約克城號在1940年安裝了CXAM雷達，而企業號則在1941年安裝了CXAM-1型雷達。CXAM的準確度為300碼，分辨率400碼，壹般可探測到16浬內的戰列艦、12浬內的驅逐艦、70浬內10,000呎高的PBY水上飛機或50浬內同等高度的戰鬥機；而CXAM-1的準確度則提升為200碼。由於CXAM雷達過於笨重，大黃蜂號在1941年服役時，安裝了新式的SC雷達，但搜索距離卻大幅下降，只可探測到10浬內的戰列艦、3浬內的驅逐艦、30浬內的戰鬥機及25浬內的轟炸機。結果海軍不久便拆除坐沈珍珠港的加利福尼亞號戰列艦CXAM雷達，安裝到大黃蜂號，將SC雷達留為備用。海軍同時為大黃蜂號新設YE返航裝置，配合兩座雷達，引導艦載機返航降落。
約克城號與大黃蜂號均在1942年沈沒，未有裝上更多雷達及電子系統。企業號在1942年下半葉安裝了SG雷達，用作水平搜索，其準確度為200碼，分辨率400碼，可偵察15浬內於500呎低空的轟炸機、22浬內的戰列艦及15浬內的驅逐艦。企業號同時安裝了SC-1型雷達，其搜索距離比SC雷達增加壹倍，準確度提升至100碼，分辨率則為500碼。1943年企業號返國大修時，將CXAM-1雷達替換為新式SK雷達，搜索距離激增至100浬內10,000呎高空的中型轟炸機，準確度為100碼，分辨率為900碼。企業號同時加裝了SM雷達，搜索距離為50浬內10,000呎高空的飛機，以及25浬內的戰列艦，準確度為500至200碼，分辨率200碼。SM雷達是美軍第壹批戰鬥機調配雷達，要到此時美國航母才可有效調配戰鬥機攔截敵軍飛機。連同額外增設的YG返航裝置，以及IFF敵我辨識系統，企業號的雷達及電子設備可與1943年新服役的埃塞克斯級航空母艦相比。
戰爭末期，企業號將SC-1型雷達改為新型SR雷達，準確度為30至100碼，分辨率500碼，可探測110浬內10,000呎高空的轟炸機、75浬內同等高度的戰鬥機、以及25浬內500呎低空飛行的轟炸機。企業同時設有作戰指揮系統的雛型，戰時會派出載有遠程雷達的TBM轟炸機，將其數據傳返艦上處理分析。企業號亦在1945年安裝了初期的電子幹擾系統，可以幹擾敵方無線電信號。
大黃蜂號的艦島近照。1號為Mark 4火控雷達（FD火控雷達），其底座為Mark 37射控裝置。約克城號與企業號起初只安裝了Mark 33射控裝置，其體積令輔助雷達難以安裝，後來企業號亦更換為Mark 37。2號為YE返航裝置，向友軍艦載機發出無線電信號，引導返航。3號為SC雷達。起初SC雷達是用作升級CXAM及CXAM-1雷達，但其性能卻強差人意。不久大黃蜂號便換回CXAM雷達。
CXAM雷達是海軍第壹代的艦用雷達。從突擊者號的艦島上，可看到CXAM雷達的龐大體積。
列克星敦號航空母艦 (CV-16)擁有企業號後期的雷達配置，可用作參考。由左至右順序：4號是Mark 4火控雷達及Mark 37射控裝置，10號為SM雷達，13號為SG雷達，21號為SK-1雷達（企業號僅裝有SK雷達），23號則為SC雷達。 約克城級在服役之初，仍搭載戰前的飛機款式，包括格魯門公司的F2F戰鬥機及F3F戰鬥機、馬丁公司的BM轟炸機（魚雷－俯沖兩用）及諾斯洛普公司的BT轟炸機（俯沖轟炸機）。約克城號與企業號在1941年換上F4F戰鬥機，並在1942年換上SBD轟炸機、TBD轟炸機及TBF轟炸機。較晚服役的大黃蜂號在1942年才換上F4F，並在服役之初使用SBC俯沖轟炸機及布利茲特航空公司（Brewster Aeronautical Corporation）的SBN轟炸機。
由於海軍在1942年初尚未有完善的雷達系統，再加上海軍承襲戰前的攻擊優先戰術，約克城級初期俱以轟炸機為航空團核心。比如在中途島海戰，約克城號、企業號及大黃蜂號分別攜帶了75架、79架及79架飛機，三艦的航空團都是由1支戰鬥機小隊（F4F）、1支魚雷轟炸機小隊（TBD）、1支俯沖轟炸機小隊（SBD）及1支偵察機小隊（SBD）組成。三艦的戰鬥機由21架至25架不等，至於俯沖轟炸機則有37架至38架，魚雷轟炸機13架至15架。瓜島戰役開始後，殘存的企業號及大黃蜂號陸續增加戰鬥機數量，並減少魚雷轟炸機及俯沖轟炸機。1943年晚期，企業號換上F6F戰鬥機，到1944年中，企業號曾混合F6F及F4U戰鬥機，並換上SB2C轟炸機。此時企業號壹般會攜帶超過34架戰鬥機、21至30架俯沖轟炸機及14至16架魚雷轟炸機。1945年企業號改裝為夜戰航空母艦，其航空團專門負責晚間及破曉前的戰機戒備。艦載機數量下降至53至61架，並且全由裝設雷達的F6F及TBM組成。
約克城級的機庫彈射器在戰前已經發現效率低下，於1942年中途島海戰後拆除。企業號的艦艏降落設施也因鮮有使用，而在後來拆除。其他飛行設施則未有顯著更動。 約克城級的1.1吋防空炮及0.5毫米勃朗寧機槍，在建成前有操作問題。1939年海軍武備署（Bureau of Ordinance）已著手處理艦隊防空炮落後問題，並在1940年開始生產波佛斯40毫米高射炮及奧利岡20毫米防空機炮，分別替換1.1吋炮及勃朗寧機槍。1941年建成的大黃蜂號，已將24挺勃朗寧全數更換為單裝20毫米防空機炮；而約克城號在珍珠港事件後於美國東岸更換，然後趕往太平洋；至於企業號則在空襲東京前夕，壹次過安裝了32挺單裝20毫米防空機炮，使她的防空火力較同級艦為優。至於波佛斯炮則在聖克魯斯群島戰役前安裝到企業號及其護航艦南達科他號，是企業號得以悻存的其壹原因。聖克魯斯戰後，大黃蜂號亦告沈沒，而企業號則忙於戰事而無暇維修。1943年後海軍乘企業號返國大修之機，開始大幅加裝防空炮。到1945年，企業號的防空武器已增為11門4聯裝波佛斯炮、5門雙聯裝波佛斯炮及16挺雙聯裝20毫米防空機炮。
在射控系統方面，約克城號與企業號服役之初，均裝有兩座Mark 33。Mark 33是專門為5吋/38炮而設計，相比起上壹代手動操作的Mark 19及Mark 28，Mark 33完全以電力運作，以電腦測量距離，可更有效測出飛機的距離及高度。大黃蜂號因較晚服役，故此安裝了較新的Mark 37射控裝置，其體積較Mark 33為大，可容納更大的電腦，以提升效能。更有甚者，Mark 37的電腦及支撐點都在射控裝置下方的甲板，而非裝置內部，使系統有充足空間升級，安裝新式雷達輔助。
Mark 33及Mark 37均可安裝輔助火控雷達。1942年美國預備將第壹代防空－水平兩用艦炮的FD火控雷達（Mark 4），安裝到約克城號及企業號，然而約克城號在中途島海戰沈沒，企業號則在稍後裝上兩座，輔助Mark 33引導5吋炮射擊。大黃蜂號則在試航時已經裝上。FD雷達可偵察12,000碼內5吋炮彈落點，探測到40,000碼內的轟炸機、30,000碼內的戰列艦、20,000碼內的驅逐艦及12,000碼內浮上水面的潛艇，準確度為40碼，分辨率400碼。1943年企業號返國大修時，將Mark 33系統升級為Mark 37。當企業號在1945年因自殺飛機受創而返國維修時，則將FD雷達換上新產品Mark12/22火控雷達，但對即將退役的企業號執勤沒有影響。
最後，約克城級的防空武器亦有另壹套射控裝置。起初，約克城級三艦的1.1吋防空炮及勃朗寧機槍，都只能以準星及曳光彈瞄準。1941年三艦安裝了Mark 44射控裝置，但實際上裝置只是由光學目測鏡組成，防空武器仍然全由人手瞄準。到1943年，企業號安裝了Mark 51射控裝置，輔以Mark 14瞄準具。後者由兩個陀螺儀組成，配合簡單電腦運算，以計算出合適的射擊角度及距離，分別用於波佛斯炮及20毫米機炮。
企業號的4聯座1.1吋防空炮。1.1吋防空炮上的光學目測鏡，正是Mark 44射控裝置。
1942年，約克城號將部分勃朗寧機槍換為20毫米機炮。
企業號的單裝5吋/38火炮。 約克城號及大黃蜂號均因戰損，而沒有獲得適切的改裝。至於企業號在1943年返國大修時，則按照戰時經驗作出多項改動。首先，企業號在艦體兩側加設6呎魚雷水泡，加強水下防禦之余，又可提供額外浮力，應付日益增加的艦體噸位。設計時約克城級的滿載排水量約為23,000噸左右，但戰時新增的防空炮、雷達及各種飛機武器，使艦體實際排水量節節上升。1942年企業號的滿載排水量超過26,000噸，到1944年已達29,000噸，而1945年更上升至32,000噸。水泡亦可令艦體航行更為穩定。
大修期間，美軍的搶修管理經驗亦有長進。企業號的燃料庫於1943年改為馬鞍狀設計，先設立壹大型中央燃料庫，再在其外圍建造小型的儲存庫，以馬鞍狀將之包圍，而馬鞍狀儲存庫外再以同樣方法建造隔壁。此法可減低油庫受攻擊後大量泄漏的危機。企業號的通風系統、救火設施、飛機油站也於同時再作改良。
最後在外觀方面，戰前的約克城號及企業號都塗上灰色。為方便演習時識別，約克城號仿效薩拉托加號的做法，在煙囪上塗上黑色英文字母Y，而兩艦的飛行甲板則分別寫上YKTN及EN。戰爭爆發後，各艦將所要顯著的標記刪除，並換上迷彩。1942年初，三艦均塗上了第12號迷彩，其大體布置為：水線至機庫甲板下塗上海軍藍，機庫甲板至艦島之間為海洋灰（Ocean gray），艦島為陰霾灰（Haze gray），飛行甲板為甲板藍（Deck blue）。各艦迷彩的分劃界線並不壹致，其中大黃蜂號便采用了改良的12號迷彩，連艦島亦有混合海洋灰及陰霾灰兩種顏色。這種迷彩可有效迷惑水面軍艦的目測，卻對避開飛機偵察無甚幫助。1943年企業號返國維修後，換上了第21號迷彩，全艦均塗上海軍藍（有藍色幽靈之稱的新列克星敦號亦采此法）。到1944年企業號再更換為第33號迷彩，艦體側面混合了淺灰（Light gray）及海洋灰。至於艦體平面與甲板，則由甲板藍及海洋灰組成。新迷彩的目標，在於迷惑潛艇及飛機計算艦體航速，而非避過偵察。1945戰爭結束後，企業號換回第21號全身海軍藍迷彩，並將舷號6以白色油漆畫於飛行甲板，參與紐約海軍節的慶祝活動。