本作では、前3作で主題歌を手掛けたリンキン・パークに代わり、イマジン・ドラゴンズが主題歌『Battle Cry』を手掛けた。彼らの起用について、ベイ監督は「彼らの曲にあるのと同じエネルギーとハートが、本作には必要だった」と語っており、主題歌についても「実に壮大な別世界のサウンドを生み出している」と評価している。
バロー・イン・ファーネスのヴィッカース・アームストロング社で1937年4月27日に起工され、第二次世界大戦開戦直前の1939年4月5日に進水し、1940年5月25日に竣工した。イラストリアスは1940年8月22日に重巡洋艦ヨークと軽巡洋艦シェフィールドに護衛されてイギリスを離れ、ジブラルタルへ向かった。給油後、イラストリアスは8月30日にジブラルタルを出港し、地中海艦隊へ加わるため、戦艦ヴァリアントなどと共に地中海を通ってアレクサンドリアへと向かった（ハッツ作戦）。9月2日にマルタの南西沖で地中海艦隊と合流。9月4日にはイラストリアスと空母イーグルの搭載機がロドス島を空襲し、9月5日にアレクサンドリアに到着した。9月15日、戦艦ヴァリアント、重巡洋艦ケント、駆逐艦7隻と共にアレクサンドリアから出撃。第3巡洋艦戦隊と合流後、9月16日から17日の夜にベンガジを空襲し、イタリア駆逐艦ボレアと貨物船2隻を撃沈し、機雷も敷設した。このとき敷設された機雷で駆逐艦アキローネが沈没している。9月28日、マルタへの兵員輸送に当たる軽巡洋艦グロスターとリヴァプールがアレクサンドリアから出港。その護衛として、イラストリアスや戦艦ウォースパイト、ヴァリアントなども出撃した（MB5作戦）。グロスターとリヴァプールは無事マルタに到着し、2隻が兵員を降ろした後艦隊は帰投した。10月、マルタへの補給作戦（MB6作戦）に参加し、帰投途中の10月13日から14日にかけての夜にレロス島を空襲した。1940年11月11日、イラストリアスから発進した雷撃機ソードフィッシュがタラント軍港在泊のイタリア戦艦を攻撃し、コンテ・ディ・カブールを撃沈し、リットリオ、カイオ・デュイリオを大破させた（ジャッジメント作戦）。1941年1月、MC4作戦に参加。1月10日、艦隊はシチリア島に配備されていたドイツ空軍第1急降下爆撃航空団第1飛行隊と第2急降下爆撃航空団第2飛行隊のJu 87急降下爆撃機43機の攻撃を受けた。「イラストリアス」は命中弾6発と至近弾3発を受けたが機関は無事であり、その日のうちにマルタに到着。「イラストリアス」はそこで修理を受けた。その最中にもイラストリアスは爆撃を受け1月16日の空襲では爆弾が命中した。イラストリアスは1月23日に駆逐艦ジェイナス、ジャーヴィス、ジュノー、グレイハウンドに護衛されてマルタを離れ、25日にアレクサンドリアに戻った。アレクサンドリアでもさらに修理を受け、それからイラストリアスは完全な修理のため3月10日にアレクサンドリアを離れてスエズ運河、南アフリカ経由でアメリカに向かい、5月12日にバージニア州のノーフォーク海軍造船所に到着した。イラストリアスは1941年12月にアメリカを離れイギリスに戻った。だが、この航海中の12月16日に同行していた空母フォーミダブルと衝突して艦首を損傷し、その修理にさらに時間を費やした。1942年3月23日、イラストリアスは、ヴィシー政権側についていたフランス領マダガスカルのディエゴ・スアレスへの上陸作戦アイアンクラッド作戦に参加する部隊を運ぶWS17船団を護衛してイギリスを離れた。上陸作戦は5月に行われてイラストリアスもそれに参加し、5月7日にはイラストリアスのソードフィッシュが潜水艦ル・エロー (Le Héros) を沈めた。9月、マダガスカルのマジュンガへの上陸作戦に参加。この後は護衛艦艇不足からキリンディニ港に留まっていた。イラストリアスは1943年2月にイギリスに戻った。1943年8月、イラストリアスはケベック会談に出席するウィンストン・チャーチルを乗せたクイーン・メリーを途中まで護衛し、それから地中海へ向かった。そこでサレルノ上陸作戦（アヴァランチ作戦）に参加し、それからまたイギリスに戻った。イラストリアスは1943年12月30日にイギリスを離れ、スエズ運河を通過して1944年1月28日にトリンコマリーで東洋艦隊に編入された。3月21日、戦艦ヴァリアントなどを伴ってトリンコマリーを出港し、アメリカ空母サラトガと合流してトリンコマリーに戻った。イラストリアスとサラトガは巡洋戦艦レナウンなどと共に4月16日にトリンコマリーから出撃し、4月19日にサバン空襲を実施した（コックピット作戦）。イラストリアスとサラトガは5月17日にはスラバヤを空襲した（トランサム作戦）。攻撃後イラストリアスは太平洋へ戻るサラトガと別れトリンコマリーに帰投した。6月21日、ポートブレア空襲を実施（ペダル作戦）。7月25日、空母ヴィクトリアスと共にサバンを空襲した（クリムズン作戦）。1944年11月に太平洋艦隊が新設されるとイラストリアスもそれに加わった。イラストリアスは空母インドミタブルと共に12月20日に日本がイギリスから奪ったスマトラ島の製油所攻撃を実行（ロブソン作戦）。しかし、この時の攻撃は雲に妨げられた。1945年1月24日と29日にはイラストリアスを含む英空母4隻の艦載機がパレンバンを空襲したが（メリディアン作戦）、作戦中に日本軍機による攻撃を受け混乱した際に、軽巡洋艦ユーライアラスの発射した砲弾2発がイラストリアスに命中し12名の死者を出した。メリディアン作戦後シドニーへ向かい、2月10日に到着した。それからマヌス島、次いでウルシー環礁に移動した。3月23日、イラストリアスは戦艦キング・ジョージ5世、空母インドミタブル、ヴィクトリアス、インディファティガブルなどと共にアメリカ第5艦隊指揮下の第57任務部隊として、沖縄上陸作戦（アイスバーグ作戦）参加のためウルシー環礁から出撃した。アイスバーグ作戦での第57任務部隊の任務は先島諸島攻撃であった。第57任務部隊は3月26日から攻撃を開始した。4月6日に日本軍の特攻機の突入を受け大きく損傷し、イラストリアスは修理のためイギリスに戻された。戦後は訓練及び試験用に使われた。1954年除籍され、1956年に解体された。