1976年10月7日にスワン・ハンター社で起工し、1978年12月14日に進水した。建造途中でフォークランド紛争が発生し、参加に間に合わせるため急ピッチで建造が進められた。就役直前に戦争は終結したが、その後もアルゼンチン軍の攻撃に備えるため、防空網を再建中のフォークランド諸島近海での警備にインヴィンシブルが就いており、その任務を代替できるイラストリアスの存在は有益であった。しかし、イラストリアスの性能を十全に発揮するには早期に過ぎたため、防空網の確立と共にイギリスへ帰還、慣熟訓練を経て1983年3月20日に正式に就役した。続く10年の間、各国を訪れたもののイラストリアスが活躍する機会はなかったが、その間にシーハリアーを効率的に運用するためのスキージャンプ勾配の変更（7度から12度へ）、シーダート艦対空ミサイルの撤去による飛行甲板の拡大（ハリアーGR.7の運用及び搭載機数の増加）、CIWSをファランクスからゴールキーパーへの変更などの近代化が行われた。1990年代のボスニアにおける飛行禁止区域の設定ではインヴィンシブル級の他の2艦とローテーションを組んで監視活動に当たり、2000年にはシエラレオネに派遣され治安の回復に当たった。2001年、オマーン沖にて演習中アメリカ同時多発テロ事件が発生し、僚艦がイギリスへ帰還する間もイギリス海兵隊の部隊を擁してアフガニスタンへの侵攻に備え続けた。2002年初頭にヘリコプター母艦オーシャンが増派されるまで、作戦が実行に移されることはなかった。2003年中頃、軽空母任務とヘリ空母任務を効率よく切り替えるための近代化及びスキージャンプの改修に入り2004年に終了した。2005年8月4日、インヴィンシブルの退役に伴いイギリス海軍の旗艦となった。2006年のイスラエルによるレバノン侵攻では、ベイルートからのイギリス人の脱出を支援している。2010年のイギリス軍におけるハリアーGR7／GR9運用終了に伴い、2014年の退役まではヘリ空母として運用されていた。2014年8月28日、ポーツマス港で退役した。イラストリアスの任務はオーシャン級ヘリコプター揚陸艦とクイーン・エリザベス級航空母艦に引き継がれた。
北米では2642館で公開され、約1400万ドルで初登場5位を記録。オーストラリアでは国内最大の643館で公開され、約40万オーストラリア・ドルで初登場1位を記録。2009年2月現在で約3679万オーストラリア・ドルの興行となり、オーストラリアでの2番目に高い興行収入となっている。
日本軍がオーストラリアに上陸し、子供を救いに来たオーストラリア人（アボリジニ）を取り囲み殺すシーンがあるが、これはフィクションである。日本軍は継続的にダーウィンを空爆し、その沖合70キロにある「伝道の島（Bathurst Island)」も攻撃したことがあるが、オーストラリア大陸には上陸していない。
2005年5月、ラッセル・クロウとニコール・キッドマンが直接20世紀フォックスにバズ・ラーマン監督、映画脚本作家スチュアート・ビーティーによる映画の出演交渉に赴いた。だが、ラッセル・クロウは出演できず、ヒュー・ジャックマンが出演することになった。製作に取り掛かったのは2006年9月だが、予算などの問題で2007年2月から始まった。ニコール・キッドマンは当時妊娠中であったが降板せず、撮影を無事終えた。
直鎖状および分岐状の両方のポリエチレンイミンはCO₂捕集剤として使用されてきた、しばしば多孔質材料に含浸して利用される。CO₂捕集剤としてのPEIポリマーの初めての利用は、専ら宇宙船内のCO₂ 除去を改良するためのもので、高分子母材に含浸して使用された。その後、母材はMCM-41に変更された、MCM-41とはヘキサゴナル構造を持つメソポーラスシリカである、大量のPEIが、いわゆる「分子バスケット（分子サイズの空洞）」に保持される。MCM-41-PEIの吸着材は、PEIやMCM-41それぞれの材料から考えられるよりも、優れたCO₂吸着能力を示した。その論文の著者らは、多孔質材料の細孔構造内でPEIが高度に分散されているために相乗効果が生じていると主張している。この改善の結果、これらの材料の挙動をより深く研究するため、さらに研究開発が進められた。PEIポリマーを用いたいくつかのMCM-41-PEI吸着材に対し、 CO₂ の吸着能力、またCO₂/O₂とCO₂/N₂ 吸着選択性に焦点を当て、徹底的な研究がなされてきた。また、PEIの含浸は、ガラス繊維マトリクス、シリカモノリスのような様々な支持体で、試験されている。しかし、燃焼排ガスからのCO₂回収（PCC: post-combustion capture）において、実際の条件下（45-75 ℃の穏やかな温度と水分の存在）で適切な性能を発揮するには、SBA-15のような熱および熱水に安定なシリカ材料を使用する必要がある、SBA-15もまたヘキサゴナル構造を持つメソポーラスシリカである。PEI含浸材料を使用して空気中の二酸化炭素を吸着するには、湿気のある現実の環境条件で試験される。PEIと他のアミノ含有分子とを詳細に比較すると、PEI含有試料はCO2吸脱着サイクルにおいて際立った性能を示した。 また、温度を25 ℃から100 ℃に上昇させても、CO₂吸収にわずかな減少しか記録されず、これらの固体の吸着能力は化学吸着の寄与が高いことが実証された。 さらに、同様の理由により、希釈CO₂に対する吸着容量は、純粋なCO₂ に対する値の90％にも達し、SO2に対する望ましくない選択性も高かった。最近、使用される支持体の多孔質構造内のPEI拡散を改善するために多大の努力がされている。PEIのより良好な分散、および、より高いCO₂捕集効率（CO₂/NHモル比）は、以下の方法で達成された、すなわち、焼成材料の完全な円筒形細孔ではなく、テンプレート吸蔵されたPE-MCM-41材料に含浸し、次いで以前に記載したルートに従って達成された。アミノプロピル-トリメトキシシランのようなオルガノシラン、AP、PEIの組み合わせが研究されている。その組み合わせを多孔質支持体に含浸させた最初のアプローチは、再利用サイクルにおいて、より速いCO₂吸着速度、および、より高い安定性を達成したが、効率は高くなかった。新規な方法は、いわゆる「二重官能基化」である。その方法は、グラフト化（オルガノシランの共有結合）によって、あらかじめ官能基化された材料への含浸に基づくものである。両方の経路によって取り込まれたアミノ基は相乗効果を示し、235 mg CO₂/g (5.34 mmol CO₂/g) までの高いCO₂吸着を達成する。含浸された固体と同様の吸着速度を示す、これらの物質に対して、CO2吸着速度を調べられている。これは、二重官能化材料で利用できるより小さい細孔容積を考慮すると、興味深い知見である。 したがって、含浸された固体と比較して高いCO₂ 吸着および効率を示す理由は、より速い吸着速度より、むしろ2つの方法（グラフトおよび含浸）によって取り込まれたアミノ基の相乗効果に起因している、と結論できる。