大正６年の八六艦隊建艦計画で計画された艦であり、完成後は各種の運用実験に従事した日本空母の実験艦的存在である。昭和に入り、赤城・加賀等の大型空母の配備が始まると第一線から退いている。

作戦参加としてはミッドウェー作戦が唯一である。主力艦隊と行動を共にしたが、機動部隊の壊滅後に漂流中空母飛龍を偵察・発見をしている。以後は内地において訓練任務に従事し、終戦時に生き残った数少ない空母である。

外見は当初右舷に艦橋を有していたが、艦が小型なため、艦載機の発着艦に支障があるため、のちに撤去されている。大戦後半には艦載機の大型化に伴い飛行甲板の延長が行われた。船体長よりも長く極限まで延ばしたため、外洋での作戦行動に困難が生じたため、訓練艦として運用された。
　　　　

起工準備中の1934年（昭和9年）3月に『友鶴事件』が起こった。結果海軍艦艇のトップヘビー問題が発生し改めることとなり、『蒼龍原案』も再検討されることとなる。最終的に纏まった案は基準排水量15,900ｔの中型空母であり、僚艦飛龍を建造すれば条約の保有量を超える計画であった。

蒼龍は純空母として建造された日本最初の空母として1937年（昭和12年）に竣工、龍驤と共に第2航空戦隊を編成する。飛龍は当初蒼龍と同型艦として建造される予定であったが、完成がロンドン軍縮条約の期限明けとなることから設計を変更した。主に対空兵装の強化、凌波性の向上、艦載機の大型化に対する飛行甲板の幅の拡大、艦橋位置の変更などであり、蒼龍とは異型の準同型艦として1939年（昭和14年）に竣工した。

飛龍完成後、蒼龍と飛龍は第2航空戦隊としてミッドウェー海戦で沈没するまで行動を共にすることとなる。

1941年（昭和16年）12月に第1航空艦隊指揮下の第2航空戦隊としてハワイ作戦に参加。ハワイからの帰投中に本隊とは別行動でウェーク攻略作戦の支援に参加している。
1942年（昭和17年）2月には南方攻略作戦に参加、4月にはインド洋作戦に参加している。インド洋作戦当時の第2航空戦隊・艦載機部隊の腕は最高潮に達しており、英巡洋艦『ドーセットシャー』『コーンウォール』攻撃の際に急降下爆撃隊は命中率80%以上であり、神業とも言うべき戦果を上げている。
6月5日、ミッドウェー作戦に参加。この作戦で米機動部隊の空襲を受けた機動部隊は赤城・加賀・蒼龍の3艦が急降下爆撃機から命中弾を受けた。蒼龍は命中弾3発を受け発進準備中であった第2次攻撃隊が被弾炎上、弾薬庫に誘引し同日夕刻に沈没した。飛龍は空襲当時、本隊から少し離れた場所にいたため被害がなく、他艦が被弾炎上後も単艦で米機動部隊に立ち向かった。攻撃隊は米空母ヨークタウンを大破させたが、米艦載機の再度の攻撃により被弾炎上し、味方駆逐艦によって雷撃・処分とされた。