一戰與戰間期：啟蒙與摸索
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未來的戰鬥將在空中進行，由於戰艦受到砲塔與艦桅的限制，戰鬥機無法自其起飛，戰艦一離開戰鬥機的保護就將會被摧毀。——格倫·柯蒂斯[2]:4
航空母艦的歷史與飛機歷史近乎相同地悠久，在萊特兄弟於1903年發明飛機後短短7年，法國人亨利·法布爾製造出了世界上第一種水上飛機，令飛機的起降範圍自陸地延伸至海上[3]:16。1910年11月14日，美國飛行員尤金·埃利（英语：Eugene Burton Ely）於停泊在港內的伯明翰號輕巡洋艦（英语：USS Birmingham (CL-2)）的木質甲板上駕駛柯蒂斯D式雙翼機（英语：Curtiss Model D），成功離艦起飛，並在两個月後的1911年1月18日，成功降落到賓夕法尼亞號巡洋艦（英语：USS Pennsylvania (ACR-4)）上，創下人類首次於軍艦上起降飛機的紀錄[3]:18-20。各國對未來空中力量抱有遠見眼光的人士以各種方式促使軍方建立海軍航空兵，如美國的格倫·柯蒂斯，該人甚至進行了一場公開試驗，親自駕駛飛機投擲武器攻擊港內停泊的靶船[2]:4。然而，受限於當時各國海軍的建造配有大口徑火砲軍艦「無畏艦」的軍備競賽，建設海軍航空兵仍算是非常前衛的思想。雖然如此，水上飛機的發明仍受到各國海軍的矚目，其中尤其是英國，建造了第一種專門整備水上飛機的艦船—「競技神號（英语：HMS Hermes (1898)）」水上飛機母艦，並在1912年5月成立了世界上第一支海軍航空兵，日本、意大利、德國、俄國也隨之跟進發展水上飛機母艦。水上飛機為航空母艦的濫觴，在其誕生後不久，世界即發生了第一次世界大戰，英國是唯一將其使用於海上作戰的國家，並在傳統大規模戰艦決戰的日德蘭海戰後，提出水上偵察機有助戰局發展的意見，並要搭配保護它的戰鬥機，因此，不能再只使用沒有飛行甲板、無法供戰鬥機起飛的水上飛機母艦，必須重新設計另一種新軍艦，這即是後來的航空母艦。
暴怒號航空母艦，是航艦發展史中啟蒙時期的代表，經歷數次實驗性的改裝。
英國「大艦隊」總司令戴維·貝蒂下令將「光榮級」戰鬥巡洋艦「暴怒號」加裝大型飛行甲板、改裝成航空母艦[3]:51，做了一系列的試驗，還在1918年7月實施了人類歷史上首次的航空母艦空襲行動（英语：Tondern raid），7架戰機從該艦起飛破壞了德國位於岑訥的空軍基地并摧毀了德國2艘齊柏林飛艇。「暴怒號」的外型猶如巡洋艦與航空母艦的結合體（類似原始的航空巡洋艦），前方多座艦砲砲塔，後方則是長直的甲板，艦載機起飛並不成問題，但降落時會受到上層建築氣流影響而十分危險。為了解決此一問題，原先另一艘要建造為航空母艦的遠洋郵輪「羅索伯爵號」（Conte Rosso）被下令改裝去除掉所有上層建築，變成「全通式」甲板，而後被命名為「百眼巨人號」[3]:81。1923年，英國建造了「競技神號」，其為第一艘專為航空母艦來設計的船艦[4]:13，擁有許多現代航艦的特點：全通式甲板、封閉式艦首以及位於右舷的島式上層建築。在此時期，世界另一邊的日本與美國也擁有了航空母艦，前者的第一艘航艦—鳳翔號，是世界上第一艘服役、專為航空母艦來設計的船艦（原因是競技神號工程進度緩慢，導致較晚開工建造的鳳翔號較早下水完成[4]:9）；後者的第一艘航艦則是由「朱比特號」運煤船改裝而成，被命名為「蘭利號」，同樣擁有全通式甲板。美國海軍在蘭利號上發展許多新技術，如彈射器、降落指揮官制度、阻攔網等皆是。各國摸索出航空母艦的基本形式後，於1936年《華盛頓海軍條約》期滿失效之際，海軍列強又展開了新一輪軍備競賽，英、美、日三國接連建造了一系列的主力航艦—艦隊航空母艦。在艦載機技術上，日本與美國發展蓬勃，反而英國因為軍種惡性競爭（海軍航空兵的飛機與飛行員皆由英國皇家空軍所提供）而發展遲緩，為三者中最落後者。歐洲其他大國，如義大利、蘇聯受限於海軍思想的不同而未有發展航艦，前者憑藉其地中海位置的優勢而認為沒有必要特地建造海上的移動機場，後者則因為其內戰結束不久、海軍力量不強而將其作戰範圍設限於近海；至於法國的海軍航空兵發展遲緩，仍以戰艦和戰鬥巡洋艦為海軍主力，僅改裝一艘改裝自戰艦的「貝亞恩號」航空母艦，額外的造艦計畫而後中斷[5]。
二次大戰：蓬勃發展
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世界上第一種護航航空母艦—大膽號（英语：HMS Audacity (D10)），英美兩國建造大量的護衛航艦，在大西洋戰役中擊敗了德國海軍潛艇艦隊。
主条目：大西洋海戰 (1939年－1945年)、地中海戰役和太平洋戰爭
第二次世界大戰期間，在歐洲方面一共有4個國家分別興建，操作或者是企圖改裝為航艦：德國、法國、意大利和英國。其中只有英國具有較大規模的航艦艦隊與實際戰果。
1935年，希特勒宣布德國將會興建航空母艦以增強德國海軍的實力，隔年兩艘航艦的龍骨在造船廠安置。在1938年公開的造艦计划—Z計畫中，德國海軍預計在1945年以前興建4艘航空母艦，但是1939年時將數量減為兩艘。1939年9月，第二次世界大戰爆發，德國迅速地打敗了波蘭與法國，但是戰爭開始之後資源需求龐大，而德國在戰前就已經面臨資源缺乏的狀況，使得德軍的航艦計畫遂而推延。面對久戰不下的英國，德國改採取潛艇攻擊英國海上貿易線，封鎖其戰爭物資。戰爭初期英國商船隊損失慘重，在意大利參戰後，英軍航艦兵力也隨之分散到地中海與大西洋。經過幾度挫折後，英國海軍的航空母艦逐漸凸顯其作用，在1940年11月突襲義大利塔蘭托港、1941年5月圍攻德國戰艦俾斯麥號和1942年8月援救馬爾他島的「支座行動」中均有傑出的表現[6]，其中尤以塔蘭托的作戰中，英軍憑著20多架魚雷機突襲，即獲得三艘義大利戰艦喪失作戰能力的巨大成果[6]。歐洲戰場中，由於僅有英國海軍擁有強大的航艦兵力，故航艦涉入的海戰主要是德意兩國的岸基飛機與其交手。到二戰中期時，英美兩國大量建造了成本低廉的「護航航空母艦」以及「商船航空母艦」，以其搭載少量飛機即可達到威脅德軍潛艇之效，最終令盟軍於大西洋的潛艇戰中獲得了勝利。法國的貝亞恩號於大戰期間則都是在半封存的狀態下，1944年美國將這艘船運回美國本土再度改裝，這一次則是改為一艘運輸艦，完成之後交給法國操作。
二戰時的美軍艾塞克斯級航空母艦戰鬥群。航空母艦於二戰中蓬勃發展，空中力量成為了戰場的新主宰。
在地球的另一邊，太平洋則出現了海軍史上最激烈的海空大戰，交手的美軍與日軍皆擁有強大的航艦艦隊。1941年，日本帝國決定與英美荷三國開戰。鑑於塔蘭托的例子，日本帝國海軍設計了偷襲美國珍珠港的行動，這是首次大規模集中使用航艦武力的作戰，於1941年12月7日實施。日軍共將派出6艘航艦、353架艦載機對港內的美軍艦隊施行轟炸，最終美軍太平洋艦隊有18艘水面艦艇受到攻擊而重創或者是損失，其中兩艘戰艦受損過重沉沒或者是無法修復。雖然日本海軍航空兵在本次行動中表現了近乎完美的對艦攻擊，但由於美軍港內並未停泊航艦，使得日軍雖然達成牽制美國太平洋艦隊的目標，但是未能重創其海軍航空兵力，實際上僅是終結了各國海軍一度崇尚的大艦巨砲主義，往後航空母艦將取代戰艦成為海戰中決定勝負的關鍵[7]:306。在1942年初的日軍接連攻勢中，航空母艦與飛機展現了強大的對艦打擊能力。馬來亞海戰中，英國兩艘戰艦與戰鬥巡洋艦在缺乏空中武力保護的情況下出航，立刻被日軍88架陸基飛機擊沉，後者僅損失6架飛機；印度洋空襲行動中，日軍再度集中航艦對英軍駐於錫蘭港內的艦隊施以空襲，將英國海軍戰力暫時性地自太平洋驅逐[8]。
不久，美軍憑藉航空母艦逐漸扭轉了日美兩國的海軍情勢。
1942年5月，發生了首次航空母艦間的戰鬥—珊瑚海海戰，雙方的船艦皆在彼此艦員視距外，全憑艦載機進行攻擊與防禦[9]:148；同年6月，中太平洋爆發的中途島海戰是航艦間首度的大規模會戰。此會戰的關鍵時刻中, 日本航艦的艦載機當時正在進行彈藥換裝作業，加上損害管制能力不足，因此大部分參與此戰役的日軍航母在美軍轟炸機突襲之下被一舉擊沉。此後，日軍於太平洋發動攻勢的能力即大為減弱。1942年8月，日本再於南太平洋損失大量海軍飛行員，美軍在此期間爭取到其將全國工業能力投入戰爭生產的時間，一批批新式航艦下水服役、大量訓練完的飛行員進入前線服役，而日軍在人員與航艦的損失均大於補充。最後，1944年6月與10月的菲律賓海海戰、雷伊泰灣海戰更是將日軍航艦與飛行員消耗殆盡，除了自殺式飛機外，沒有方法阻擋美國海軍向其本土進逼，美國航艦戰鬥群發揮了摧毀敵人海軍以及封鎖海上通商線的強大能力，進而促使日本最後的投降。
二次大戰航艦使用方式蓬勃發展，在起降、傷害管制和攻擊方式方面皆有極大的突破，並於實戰中充分獲得使用之經驗。
冷戰時期：超級航艦與輕型航艦
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1945年12月3日，一架「吸血鬼式」戰鬥機於「海洋號（英语：HMS Ocean (R68)）」航空母艦上降落，為歷史上第一次的噴射飛機降落於航空母艦上的紀錄。
二次大戰後，各國海軍皆無實力可挑戰美國海軍的航艦部隊，當時其數量即為全世界其他国家航艦總和之數倍，相關科技與使用經驗也最為豐富。軸心國戰敗與核武器的出現而促使美國將大量航艦封存，其中不乏為新造艦隻。當時不僅美國、世界也流傳核武器改變海軍本質的觀點，認為戰爭將決勝於空軍轟炸機投擲的核武器，耗费巨资所建立的航艦部隊將會瞬間被消滅。除了核武器外，噴射飛機開始普及，令艦載機體積與重量大幅增加，因此美國開始著手設計巨型的航空母艦，為日後「超級航空母艦」標準之前身。在此時期，受到了核武優勢論的影響，美國海軍計劃運用大型航母上的艦載轟炸機來投射核武，最終開始研製航艦「美國號」，然而新成立的美國空軍亦堅持戰略轟炸機的決定性，最終在會議中航艦方辯論失敗，美國號計畫也流產。
雖然二戰後航空母艦的地位一度降到了最低點，但隨後於1950年6月爆發的韓戰，大量的噴射艦載機以其為基地投入戰爭，令航母的重要性又受到了重新的評價，也讓直升機有了新的發揮空間。這個時期，英國研製出諸多航空母艦設計新技術——光學助降裝置（英语：Optical landing system）、蒸氣彈射器與斜角飛行甲板，成為日後大型航艦的典範，美國海軍也結合上述技術特徵建造了福萊斯特級航空母艦。此外，隨著鸚鵡螺號核動力潛艇的核動力軍艦試驗的成功，美國海軍也開始於航艦上使用核動力，第一艘核動力航艦「企業號」便於1960年下水服役。60年代初期，美國服役了第一批弹道导弹潜艇，美國海軍不需要航艦繼續維持對預先設定的目標進行核子武器的攻擊計畫，因此在1976年不再將航艦列入《單一整合作戰計畫（英语：Single Integrated Operational Plan）》中，而是擔任核打擊任務的預備部隊[10]:226。同時美軍也為了因應蘇軍潛艇的威脅，將大批的舊式艾塞克斯級改裝為「反潛航空母艦」[9]:149-150。隨著世界核技術的進步，核能艦艇的建造成本逐年下降，經過慎重考慮後，美國自1975年起開始建造新設計的「尼米茲級」航母，以替換大量舊式航母；隨後30年，各艘尼米茲級航母接連完工服役。儘管每一艘尼米茲級與前一艘相比都有所改良，但基本設計始終不變。
「福萊斯特號航空母艦，為美國最早採用斜角式甲板的航艦，也是世界上第一艘專為噴射飛機起降設計而建造的超級航艦。
美國以外的航艦擁有國——英國與法國，由於經歷二戰和殖民地紛紛獨立而國力大減。英國將航艦大量賣給其他中小型國家，這些舊式航艦本身於二戰期間趕著建造，其設計到了1950年代早已無法應付噴射艦載機的需求，很快就從他國中退役。由於國防預算不斷地縮減，英國甚至一度想完全放棄建造航空母艦[2]:241，只有為因應蘇聯潛艇威脅與護航所需而建造了三艘輕型的「無敵級」航空母艦。無敵級其採用新式的「滑跳甲板」技術，並搭載垂直/短程起降戰鬥機與直升機作為主要戰力，在1982年與阿根廷所爆發的福克蘭群島戰爭中，儘管無敵級因為沒有搭載預警機而造成英軍船艦的損失，還是證明了其存在價值，在阿根廷空軍戰機作戰半徑的邊緣，為整個艦隊提供部分保護[7]:326。無敵級日後影響了其他中小型、資源與成本較少的國家來發展類似的輕型航艦，包括義大利、西班牙與泰國，同樣建造了設有滑跳式甲板，也以直升機和垂直/短程起降機為艦載機的航艦。法國則在二戰後從英國與美國租借輕型航艦，將其投入於法越战争中，而後於1950年代研製了兩艘「克里孟梭級」中型航艦。
至於美國於冷戰的主要競爭對手——蘇聯的航艦發展之路較為複雜。蘇聯領導人尼基塔·赫魯雪夫執著於飛彈與核子武器，對航艦抱持鄙夷態度並抵制其發展，一直到美軍將核打擊任務交付潛艇後，才發展艦載反潛直升機的軍艦。到了1964年古巴飛彈危機後，赫魯雪夫才真正正視航艦的價值，結合先前海軍內部暗中研究出的設計，建造了「基輔級」航空母艦。基輔級除了搭載垂直起降戰機與反潛直升機外，本身還有強大的對空、對潛、對艦武裝，但與西方國家的航艦相比，也只能說是重型载机巡洋舰。蘇聯較為正規的航艦一直到1991年才出現，是為「庫茲涅佐夫級」，採用大型滑跳式甲板，仍保有許多飛彈武器，與西方設計思維有所不同。
冷戰期間航空母艦主要參與了世界各地的軍事行動與代理戰爭，包括韓戰、第二次中东战争、越戰、黎巴嫩內戰、第三次印巴戰爭、福克蘭島戰爭、波斯灣戰爭等等，皆展現了其強大的遠洋作戰能力。
二十一世紀：各國現役與在建航艦
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世界各國航艦数量一览註：本列表僅記入正規航空母艦，不包括兩棲攻擊艦一類的替代艦種。
国家
服役中
建造中
美国
11
2
中国
2
1
英国
2
0
印度
2
0
法國
1
0
義大利
1
0
俄羅斯
1
0
泰國
1
0
土耳其
0
1
總計
21
4
主条目：現役航空母艦列表
進入二十一世紀至今，世界上擁有航艦的國家包括美國、中国、英國、印度、法國、義大利、俄羅斯、泰國八國，共21艘航艦。
美洲共11艘，全部由美國所擁有，在本世紀完成了最後兩艘「尼米兹級」的建造，自2009年最後一艘「小鷹級」退役後，美國所擁有的航艦全數為核動力的超級航艦，目前正在建造「福特級」以汰换「企業號」和「尼米兹級」，已完成一艘，在建兩艘，規畫最終將在2058年前實現。巴西於上世紀從英國購買的「米勒斯吉拿斯號」在2001年退役，於2000年由前法國「克里孟梭級」「福煦號」退役後收購的「聖保羅號」已在2017年退役[11]。
歐洲共5艘，英國在上世紀建造的三艘「無敵級」退役之後，建造了兩艘「伊莉莎白女王級」。法國於2001年服役了除美國外唯一採用核動力的「戴高樂號」航艦，正在設計「新世代」核動力超級航艦，計畫於2038年取代「戴高樂號」。義大利於上世紀建造的「加里波底號」輕型航艦已於2024年退役，現擁有於2008年服役的「加富爾號」輕型航艦。西班牙上世紀建造的「阿斯圖里亞斯親王號」輕型航艦已於2013年退役。俄羅斯現留有一艘蘇聯時期建造的「庫茲涅佐夫號」，但自2017年來一直處於維修狀態。
亞洲共5艘，印度從俄羅斯購買了進行了現代化改裝後的「基輔級」「戈爾什科夫號」，命名為「維克拉瑪蒂亞號」於2013年服役，上世紀從英國購買的「維拉特號」已於2017年退役，同時也計畫建造兩艘「維克蘭特級」航艦，目前一號艦「維克蘭特號」已於2022年服役，二號艦「維沙爾號」在設計中[12]。泰國擁有上世紀從西班牙購買的輕型航艦「查克里·納呂貝特號」，但目前僅運行直升機。中國將蘇聯解體後停工的庫茲涅佐夫級第二舰「瓦良格號」進行了續建改裝，於2012年入役命名为「辽宁号」，并以其為基礎建造了改进型「山东舰」於2019年服役，此外還規畫了兩型超級航艦，「福建號」預計於2025年服役，核動力的「004型」也已完成设计[13] 。土耳其正在建造MUGEM級航空母艦（英语：MUGEM-class aircraft carrier）。韓國計畫建造CVX級航空母艦。