אוניות הסדרה נבנו על סמך ניסיון ולקחים שנצברו מהפעלת נושאות המטוסים שקדמו להן - שתי נושאות המטוסים מסדרת לקסינגטון, שהיו סיירות קרב שהוסבו לנושאות מטוסים, והריינג'ר – האונייה הראשונה של צי ארצות הברית שנבנתה כנושאת מטוסים. אוניות הסדרה החדשה תוכננו לשאת 90 מטוסים. מאפיין של סדרה זו שלא הוכנס לאלו שאחריה היה מעוט להזנקת מטוסים שהותקן בסיפון המוסכים של האוניות והתברר שהיה בלתי שימושי.
בניית האונייה הראשונה בסדרה, יורקטאון, החלה ב-1934 והיא נכנסה לשירות ב-1937. אנטרפרייז באה בעקבותיה ב-1938 והורנט – ב-1941. כולן נבנו במספנת ניופורט ניוז שבמדינת וירג'יניה.
אוניות נוספות בסדרת יורקטאון לא נבנו, ולאחריהן הוכנסו לשירות בצי ארצות הברית נושאות מטוסים משופרות, נושאות המטוסים מסדרת אסקס.
יורקטאון השתתפה עם אנטרפרייז בפשיטה על איי גילברט. אחר כך פשטה על בסיסים יפניים בגינאה החדשה. בקרב ים האלמוגים השתתפו מטוסיה בהטבעת נושאת מטוסים יפנית קלה וגרמו נזק לנושאת מטוסים נוספת. לאחר שנפגעה בהתקפת מטוסים יפנים באותו קרב חזרה לפרל הארבור ושם תוקנה בחיפזון, תיקון שהסתיים במועד לפני קרב מידוויי ביוני1942. היא השתתפה בקרב יחד עם שתי אחיותיה. מטוסיה ומטוסי האנטרפרייז הטביעו ארבע נושאות מטוסים יפניות. יורקטאון נפגעה מפצצות וטורפדות אוויריות יפניות. צוותי בקרת נזקים פעלו להצילה ולגרור אותה למקום מבטחים, אך ב-6 ביוני היא נפגעה שוב בטורפדות שירתה צוללת יפנית, וטבעה בבוקר שלמחרת.
יורקטאון עוטרה בשלושה כוכבי קרב.
ב-19 במאי1998 התגלתה האונייה הטבועה על קרקעית האוקיינוס בעומק של חמישה קילומטרים על ידי צוות חוקרי מצולות בראשותו של רוברט בלארד, ותועדה במקום מנוחתה האחרון.
אנטרפרייז (CV-6) נכנסה לשירות ב-12 במאי 1938 והוצבה באוקיינוס השקט. במהלך ההתקפה על פרל הארבור נכנסו מטוסיה לקרב עם מטוסים יפנים שהשתתפו בהתקפה. לאחר מכן היא השתתפה בפשיטה על איי מרשל, האי וייק והאי מרקוס שבשליטת היפנים. בקרב מידויי היו מטוסי האנטרפרייז שותפים בהטבעת נושאות המטוסים היפניות.
אנטרפרייז נמנתה עם אוניות הצי שהשתתפו בקרב גוודלקנל. במהלכו, בקרב איי שלמה המזרחיים, נגרם לה נזק, אך היא תוקנה והשתתפה עם הורנט בקרב איי סנטה קרוז. לאחר תיקון הנזקים שנגרמו לה בקרב זה שבה אנטרפרייז לגוודלקנל ומטוסיה מילאו תפקיד חשוב בסיכול המאמץ היפני לשגר אספקה לאי.
לאחר תקופת תיקונים ארוכה ב-1943 בחוף המערבי של ארצות הברית שבה אנטרפרייז לזירת האוקיינוס השקט והשתתפה בכל הפלישות העיקריות לאיי מרכז האוקיינוס השקט, לרבות בקרב ים הפיליפינים ובקרב מפרץ לייטה. בשלהי המלחמה הצטרפה לאוניות הצי בקרב אוקינאווה ושם, ב-14 במאי1945, נפגעה על ידי מטוס שהוטס על ידי טייסקמיקזה יפני וספגה נזקים חמורים. בכך הסתיימה תקופת שירותה כנושאת מטוסים. בבוא יום הניצחון על יפן היא הייתה עדיין מושבתת, אך לאחר מכן היא הוכשרה להשתתף בהשטת חיילי ארצות הברית חזרה למולדתם במסגרת מבצע מרבד קסמים.
בתום המלחמה, לאחר שבצי ארצות הברית הוכנסו לשימוש עשרות נושאות מטוסים חדישות מסדרות ואספ, אסקס ומידויי, נחשבה אנטרפרייז למיושנת. בינואר1946 היא נכנסה למבדוק לשם הוצאה משירות וב-17 בפברואר1947 הושבתה. לאחר ניסיון לשמרה כאוניית מוזיאון, שנכשל בהיעדר מימון מספיק, היא פורקה לגרוטאות ב-1960.
אנטרפרייז היא האונייה המעוטרת ביותר בתולדות הצי האמריקני. היא עוטרה בציון לשבח יחידתי נשיאותי על שירותה בימי המלחמה, בציון לשבח יחידתי של הצי ובעשרים כוכבי קרב.
אנטרפרייז, האונייה היחידה בסדרה שהאריכה ימים, עברה במהלך שירותה שינויים רבים. בין השאר שופר חימושה ונוספה לה חגורת שריון עבה יותר מפני טורפדות. ההדחק שלה הגיע ל-32,060 טון.
הורנט (CV-8) נכנסה לשימוש ב-20 באוקטובר 1941 – שבועות מעטים לפני ההתקפה על פרל הארבור. בחודשי המלחמה הראשונים עסקה באימונים בנורפוק שבווירג'יניה. לאחר מכן נשלחה להשתתף בפשיטת דוליטל – הפצצת יפן על ידי מטוסי B-25 שהמריאו מסיפונה, שהייתה ההפצצה הראשונה של ארצות הברית על שטחה היבשתי של יפן במהלך המלחמה.
בהמשך השתתפה הורנט בקרב מידוויי, שבו הטביעו מטוסיה סיירת יפנית כבדה וגרמו נזק לאחרת. הטייסות שעל סיפונה (ועל סיפון שתי אחיותיה) סבלו בקרב אבדות כבדות. כך, טייסת הטורפדו ה-8 של הורנט איבדה 15 מטוסים ורק אחד מאנשי צוות האוויר שלה שרד.
במהלך קרב גוודלקנל היו הורנט ואנטרפרייז נושאות המטוסים האמריקניות היחידות בזירת האוקיינוס השקט. לאחריה השתתפה הורנט בקרב איי סנטה קרוז, שבו נפגעה קשות בתקיפות של מטוסים יפניים. ניסיונות לתקנה ולגרור אותה לא עלו יפה והאונייה ננטשה. גם ניסיון של אוניות הצי האמריקני להטביע אותה נכשל, ובסופו של דבר היא טורפדה על ידי משחתות יפניות וטבעה ב-27 באוקטובר 1942.