Modernizacje thumb|„Illustrious” po modernizacji w Stanach Zjednoczonych W trakcie służby „Illustrious” kilkakrotnie był poddawany modernizacjom. Pierwszą przeprowadzono w trakcie remontu w Norfolk Naval Shipyard w Portsmouth w Stanach Zjednoczonych w okresie od maja do listopada 1941 roku. Przy okazji naprawy poważnych uszkodzeń, odniesionych w trakcie walk na Morzu Śródziemnym, dokonano również modyfikacji pokładu startowego (otrzymał prostą sekcję rufową, co wydłużyło długość użyteczną o 15,2 m), zainstalowano dziesięć automatycznych dział przeciwlotniczych Oerlikon kal. 20 mm oraz nowy podnośnik rufowy i nowocześniejszą katapultę. Po powrocie do Wielkiej Brytanii lotniskowiec znów trafił na krótko do stoczni w Liverpoolu, gdzie zainstalowano nowy radar typu 281.