兰道夫号是长型埃塞克斯级的二号舰，建造配置以提康德罗加号为标准，比原型埃塞克斯级拥有较长舰身，及较佳的防空炮配置。岛式建筑及弹射器亦在建造时更新。两次中改建强化降落甲板及升降机、拦截网等。

兰道夫号分别于1951年及1955年进行了两次大规模的现代化改建，延长舰只的服役时间。

1951年代号SCB-27A的改建，兰道夫号移除了装甲带侧甲；改建岛式建筑;5吋火炮移至舰侧；强化降落甲板及升降机;更换弹射器，可弹射重40,000磅飞机；加装喷焰偏转器，容许喷射机起降等等。

1955年SCB-125改建，兰道夫号则改建了封闭式舰艏；斜角飞行甲板;强化拦截网；改建岛式建筑；航空控制塔改至朝向舰艉；改善灯光等等。

1944-1945年间，兰道夫号以F6F、SBD及TBF为主。到1945年F4U取代了部分F6F。1953年后机队主力为F9F、F2H、A-1及A-4，改为反潜航母后则以S-2反潜机为主，E-1预警机为辅。

伦道夫号在1943年5月10日在纽波特纽斯造船厂开始建造，并在1944年6月28日下水，于10月9日正式服役。

稍后伦道夫号到诺福克海军基地装载军资，并进行消磁。11月5日，伦道夫号到切萨皮克湾试航，但因风暴吹袭当地，19日伦道夫号变返回诺福克。22日伦道夫号搭载第87航空团，与服役不久的香格里拉号一同到加勒比海试航，于28日到西班牙港停泊。稍后伦道夫号等开始在海上作严密飞行及防空演练。

12月17日，海军命正在试航的伦道夫号即时前往太平洋战区，取消往制造厂的最终检修。伦道夫号即时往西前进，沿途继续进行密集训练，于20日经巴拿马运河，在30日横过金门大桥，抵达旧金山军港。 稍后伦道夫号加装防空炮，并换上第12航空团。

1945年1月20日，伦道夫号前往西太平洋，在26日抵达珍珠港。由于第五舰队即将离港攻击日本本土，故舰上水兵未有上岸休整。29日，伦道夫号与萨拉托加号、邦克山号、本宁顿号及贝劳森林号等舰前往乌利西环礁，在2月7日抵达。

2月10日，伦道夫号等离开乌利西，于15日与第58特遣舰队会合。此时第五舰队由斯普鲁恩斯指挥，而第58特遣舰队则由米契尔指挥。伦道夫号编入第四分队，由拉德福（ArthurW.Radford）少将指挥，同行舰尚有旗舰约克城号、兰利号及卡伯特号。 此时舰队正往北前进，准备空袭东京。

2月16日，舰队先派五波战机，扫荡东京湾一带的机场。第三分队的战机率先抵达东京上空，又攻击了港口设施；而第二分队虽遭遇近百架日机拦截，但击落近40架。 中午米契尔派轰炸机空袭东京大田区等地的工厂；傍晚则派夜间战斗机攻击机场。

17日舰队前往硫磺岛，预备支援即将登陆的美军。伦道夫号所属的第四分队于当日攻击了父岛及母岛；第二及第三分队则到硫磺岛以西，将直接支援抢滩的陆战队；其他分队则往南补油。18日伦道夫号等舰再次空袭父岛，然后待命；美军战列舰则连日炮击岸上设施。

2月19日，美国陆战队开始登陆硫磺岛，硫磺岛战役爆发。伦道夫号的第四分队与第一分队于当日补给，要到20日才派飞机到硫磺岛，支援登陆美军。由于舰载机的凝固汽油弹大多未有爆炸，故效果不佳。日机整日断续侵扰舰队，但多次攻击均告失败。

21日两分队空袭父岛及母岛；而第五分队则加入日间战斗，支援滩头部队。萨拉托加号甫进入执勤海域，即遇袭受创，被迫撤返美国维修，自此未再参与战斗；俾斯麦海号更被自杀飞机击沉，企业号因此要独自担任夜战航空母舰，并连续174小时派出及回收飞机，直至3月2日。

23日舰队到外海补给，然后改道北上，再次空袭日本本土。

2月25日早上，舰队派机队空袭东京，却因天气恶劣，几乎无功而返。下午米契尔中止所有飞行作业，欲改于次日空袭名古屋，然而海面天气进一步恶化，翻起大浪，使舰队无法及时进入攻击范围。26日早上，米契尔取消攻击，命舰队于次日补油，然后攻击冲绳岛；伦道夫号的第四分队则在补油后到乌利西休整，于3月1日抵达。

3月11日，正在停泊的伦道夫号遭到日军神风自杀飞机攻击。当晚8时左右，一架银河式轰炸机避过美军的雷达侦测，在低空飞进环礁，然后由右舷撞入伦道夫号的舰艉飞行甲板；所携的一枚800公近炸弹亦同时爆炸，并点燃20毫米机炮的弹药，引起大火。被迫留港修理。相片摄于13日，可见舰艉的飞行甲板损毁清晰可见。

美军即时作最高警备，即时将环礁内所有军舰的灯光关闭，并搜索敌机；而伦道夫号的虽遭攻击，但受创位置既非脆弱之处，舰上的灭火系统亦运作正常，且自杀飞机已几近耗尽燃油，未有爆炸，故此减轻舰体损伤，大火亦在半夜后扑灭。攻击造成26人死亡，三人失踪及105人受伤。

据战后调查，宇垣缠共派出了24架轰炸机，远道由鹿屋市起飞，但因机件故障及风暴，只有两架成功抵乌利西；当中又有一架误将小岛当作美军战列舰而撞毁。伦道夫号因此要留港维修，而航空团则改到岸上操作飞机，攻击附近的特鲁克岛及雅浦岛。

3月14日，舰队起程往攻击日本，而伦道夫号则继续留在环礁修理。24日，第二分队由前线返抵乌利西，分队内的企业号、胡蜂号及富兰克林号均在早前遭自杀飞机攻击受创，而胡蜂号及富兰克林号更要返国维修。分队指挥戴维森在环礁内稍作休养，而波根（GeraldF.Bogan）少将则暂时指挥第二分队，并以维修中的伦道夫号为旗舰。

4月1日，伦道夫号完成修理，当日陆战队登陆冲绳岛，冲绳战役爆发。5日伦道夫号与企业号离港，并与英国皇家海军的航空母舰舰队一同前往冲绳。英军舰队在美国编属第57特遣舰队，有不屈号、胜利号、不倦号、光辉号、英王乔治五世号及豪号等。6日英国舰队前往攻击石垣岛及宫古岛市，而伦道夫号则前往会合第58特遣舰队。

4月7日坊之岬海战爆发，大和号被击沉。伦道夫号未能赶上参战，在8日才与舰队会合，并继续支援冲绳岛。戴维森此时重建第二分队，以企业号为旗舰，下辖伦道夫号及独立号。由于日军俘虏称将在11日发动大规模自杀飞机攻击，米契尔加紧战机警备。

11日日军一如所料，在下午1时30分起大举进攻；密苏里号先于2时43分被一架自杀飞机击中，受损不大；企业号于2时10分亦被自杀飞机击中，爆炸起火，使甲板飞行作业停止48小时，再次撤返乌利西修理，使伦道夫号再次担任分队旗舰；整日日军共派出近185架自杀飞机。

12日日军集中空袭冲绳岛的登陆舰队，击伤多艘美军舰只；同日罗斯福去世。

4月15日及16日，美军舰队空袭了九州的机场，而日军再派自杀飞机反击；

16日下午无畏号被自杀飞机击中，舰体大火，于次日撤返乌利西修理。由于航空母舰多有折损，第二分队于16日再次解散，伦道夫号及独立号重编到薛曼指挥的第三分队，同行舰有埃塞克斯号、邦克山号及巴丹号。此后舰队几乎每日在冲绳外海与日军自杀飞机交战。

24日香格里拉号加入第四分队；而第一分队于27日撤返乌利西休整。

5月6日，企业号再次与舰队会合，而美军与自杀飞机之对抗持续。

11日上午，邦克山号先后被两架自杀飞机击中，爆炸大火，多人死伤；米契尔将旗舰转至企业号，而邦克山号则返回美国修理。12日至13日，伦道夫号等空袭了九州及四国。

14日企业号再被自杀飞机攻击重创，于16日撤返美国修理，而米契尔则被迫再次更改舰队旗舰，暂时设于伦道夫号，最终于18日设于香格里拉号。由于长期执勤，舰队上下亟需休整，第三分队于29日前往莱特休整，于6月1日抵达；

而哈尔西与麦凯恩于28日再次接替斯普鲁恩斯及米契尔，分别指挥美军舰队及快速航空母舰，舰队再次易名为第三舰队。

6月4日，台风康妮（TyphoonConnie）吹袭冲绳东面海域；由于哈尔西起初采用错误回避路径，再加上麦凯恩未有及时批准第一分队自由运动，使第一分队所有航空母舰均有损伤，幸而人命损失不大。

10日第一及第四分队撤返莱特，于13日抵达；而美军于22日基本占据了冲绳岛。

7月1日，第三舰队离港出发，往空袭日本本土。伦道夫号再任波根指挥的第三分队旗舰，同行舰有埃塞克斯号、提康德罗加号、蒙特利号及巴丹号。

8日舰队在冲绳外海会合，然后于10日空袭东京。攻击后舰队前往东北，欲于13日攻击本州北部及北海道一带，但因当日天气恶劣延误。

7月14日及15日，天气好转，舰队大举出击，以轰炸B-29攻击距离外的目标；相比冲绳作战，日军的反抗轻微，只有少量飞机有升空作战，且均被击落。舰队空袭了室兰市及函馆等地，击沉橘号，并击伤柳号，且击沉或击伤数十艘运输舰及汽车渡轮，阻止日军运煤南下；而美军及英军战列舰则在同日炮击沿岸的大型工厂。16日舰队到外海补油，并与英国航空母舰（编入美军第37特遣舰队）会合。

17至18日，舰队再次空袭东京湾。首日天气欠佳，空袭几乎无效；次日天气稍为好转，舰队随即出击，并集中攻击长门号；最终长门号为约克城号重伤，一度认为已经击沉。空袭后舰队前往日本西南，于21日至22日补油。

7月24日、25日及28日，英美航空母舰舰队前往轰炸濑户内海及吴市，集中攻击日军残存军舰，单在24日舰队的出击数便高达1,747架次，并击沉伊势号、日向号、榛名号、利根号、天城号、青叶号、大淀号、磐手号及出云号；击伤葛城号、龙凤号、海鹰号及北上号。

7月31日舰队出海回避台风，于8月初在海上补给。此时尼米兹截获情报，指日军正于本州以北集结自杀飞机及部队，欲突破美军防线，降落到马里亚纳的B-29基地，命舰队即时前往攻击；正当舰队航行之际，小男孩原子弹于8月6日在广岛上空爆炸。

8日舰队本州北部的机场；同日苏联正式向日本宣战。9日美军在长崎上空投下原子弹，胖子；而舰队则在9日及10日再次空袭本州，摧毁超过251架轰炸机，击伤另外141架，使日军最后反击破灭。

11日舰队到外海补油；此时日本开始考虑投降条款。

12日舰队回避台风，再于13日至15日空袭东京。

15日中午，裕仁天皇宣布日本投降，舰队即时中止当日的第二波空袭，但继续拦截接近舰队的日机。

稍后伦道夫号与埃塞克斯号加入第四分队，留在日本近海执勤。

8月25日，正在名古屋外海的伦道夫号与其他航空母舰遭到台风吹袭，令飞行甲板受损。27日至29日，伦道夫号派飞机搜索陆上战俘营，并在大阪及吴市等地空投补给。稍后伦道夫号进入东京湾，并在横须贺船厂卸载军资。9月2日，日本代表在密苏里号上签署和约，伦道夫号等舰派飞机飞越密苏里号示威。

9月5日，伦道夫号预备启程返国，在11日返抵珍珠港休假，并在19日进入船厂维修。

10月10日，伦道夫号搭载飞机及1,200名乘客，与胡蜂号及兰利号一同返国，于14日抵达巴拿马运河。

17日伦道夫号在加勒比海离队，加速前往诺福克，在21日抵达。稍后伦道夫号前往巴尔的摩庆祝海军日，于25日抵达。海军日则在27日举行。

11月14日，伦道夫号离开诺福克，参与魔毯行动，往那不勒斯接载美军返国，于12月1日返抵诺福克。6日伦道夫号再次前往那不勒斯接载美军，于25日返抵诺福克。

1946年10月22日，伦道夫号离港，前往地中海巡航，在12月1日抵达贝鲁特。4日伦道夫号前往雅典比雷埃夫斯，但因通道狭窄而无法进入港内停泊，使舰队的仪式多要改到法戈号进行。稍后伦道夫号前往马耳他，在10日进入瓦莱塔，然后预备返国。21日伦道夫号返抵罗得岛州昆锡点海军基地。

1947年2月2日，伦道夫号前往大西洋演习；同行舰有罗斯福号、密苏里号、休斯敦号、普洛威顿斯号及代顿号等。舰队前往亚速群岛西南700哩海域，模拟受地中海的敌军舰队攻击（由地中海第六舰队扮演）。演习于19日结束，实力占优的大西洋第二舰队胜出。稍后伦道夫号到加勒比海训练，在28日进入特立尼达西班牙港。

3月9日，伦道夫号等舰前往波多黎各，模拟两栖登陆攻击。当日密苏里号等炮击了库莱布拉岛（Culebra）；而2,000名陆战队则在13日登陆，并“占据”该处。演习后伦道夫号返回母港，在19日抵达昆锡点，稍后则到诺福克维修。

6月7日，伦道夫号搭载美国海军学院学生，前往北欧访问，并沿途考核官兵。伦道夫号先前往亚速，然后北上，在23日抵达苏格兰北部的罗塞斯（Rosyth）港口。28日伦道夫号前往瑞典哥德堡，在两日后抵达，并休假数天。

7月5日伦道夫号前往英国，绕道苏格兰北部及爱尔兰海，最后在9日于朴次茅夫海军基地停泊。稍后伦道夫号启程返国，先后途经关塔那摩及库莱布拉，于8月11日返抵诺福克。

1948年2月25日，伦道夫号退役，并到费城加入后备舰队封存。此时海军正打算为埃塞克斯级作SCB-27A现代化改建，但因经费不足，而未有大规模执行。1950年朝鲜战争爆发，海军经费复增，海军决定改建伦道夫号。

1951年6月22日，伦道夫号进入纽波特纽斯造船厂改建

1952年10月1日，伦道夫号被重编为攻击航母。

1953年6月，伦道夫号完成改建，并在7月1日重返现役，设母港于诺福克。

1953年8月，伦道夫号到加勒比海试航，在11月27日返抵诺福克，并预备到地中海巡航。

1954年2月3日，伦道夫号离开诺福克，前往地中海，与北约海军进行演习。期间先后到访直布罗陀、塞萨洛尼基、热那亚、那不勒斯、巴伦西亚、戛纳、阿尔及尔、塔兰托、马赛及巴勒莫等地，于8月4日返抵诺福克。

9月飓风艾德纳吹袭美国东岸，令在近海的伦道夫号受损，要进入船厂维修。

11月30日，伦道夫号再次前往地中海，先在直布罗陀接替返国的珊瑚海号，然后到访巴伦西亚、巴塞罗那、奥兰、巴勒莫、雅典、伊斯坦布尔、戛纳、那不勒斯及里斯本等地，沿途与北约各国海军演习。

1954年，完成SCB-27A改建的伦道夫号前往地中海巡航。

1955年6月8日，伦道夫号在直布罗陀由无畏号接替，在18日返抵诺福克，随即进入船厂，作SCB-125改建，增设斜角飞行甲板及封闭舰艏。改建在1956年1月完成。稍后伦道夫号与汉考克号安装了RGM-6导弹，在下次巡航使用。

7月14日，伦道夫号前往地中海巡航。10月29日，以色列突袭埃及，第二次中东战争爆发。伦道夫号在苏伊士运河附近作中立巡航，并为撤离亚历山大港的美国外交人员提供掩护。

战争于11月7日结束，而伦道夫号则在1957年2月19日返抵美国，并在稍后到纽约短暂开放参观。

7月1日，伦道夫号再次前往地中海巡航，于1958年2月24日返回美国。

1958年7月14日，伊拉克爆发七月十四日革命，亲西方的哈希姆王朝被推翻，阿拉伯民族主义席卷中东，先后在黎巴嫩及约旦等地引发政治危机。伦道夫号因此再次预备到地中海。

9月2日，伦道夫号离开美国，前往地中海警备。其时中东局势已开始降温，但叙利亚局势仍旧紧张。伦道夫号前往东地中海巡逻，于19日抵达罗得岛。稍后伦道夫号前往雅典，然后航向西地中海，在10月14日抵达戛纳。

稍后伦道夫号分别到访塔兰托、马耳他、那不勒斯、罗马及巴伦西亚；而期间丘吉尔曾登舰参观。伦道夫号于1959年3月12日返抵美国。

1967年，伦道夫号搭载反潜飞机，最后一次前往地中海巡航。

1959年3月31日，伦道夫号被重编为反潜航母，进入船厂改装。5月至6月，伦道夫号在美国东海岸试航，并进行反潜演习。

1960年7月至8月，伦道夫号到加勒比海巡航，然后进入船厂，进行现代化改建计划，以延长服役寿命。改建在1961年3月完成。

1961年4月17日，猪湾事件发生。由于流亡军入侵失败，美国古巴关系紧张，20日伦道夫号前往加勒比海警备，到6月15日才返回诺福克。

7月伦道夫号离港，预备回收水星-红石4号的太空舱，亦即著名的自由钟7号。

7月21日，直升机试图将自由钟7号吊起，但最终失败。此时格里森已登上后方直升机，飞往背景左方的伦道夫。

22日，自由钟7号溅落，直升机随即前往搜救；但当直升机抵达太空舱附近时，太空舱安全舱口突然弹开，海水涌入舱内，舱内的维吉尔·格里森赶忙逃出。直升机尝试打捞将近没顶的太空舱，但因太空舱注水过重，最终被迫放弃；而格里森则由另一架直升机救返伦道夫号。8月伦道夫号返回母港，稍后则一直留在近岸活动。

1962年1月，伦道夫号前往南大西洋，并在2月20日回收了水星-大力神6号的太空舱，救起宇航员约翰·格伦。

3月伦道夫号返抵母港，并在近岸执勤。

6月7日，伦道夫号再次前往地中海巡逻，在8月31日返回母港。

10月，苏联于古巴建造导弹基地一事曝光，古巴导弹危机爆发。正在母港的伦道夫号即时前往加勒比海，并在26日加入封锁古巴，同时追踪苏联潜艇。

27日，美军驱逐舰向苏联潜艇B-59投下警告性深水炸弹，几乎令潜艇发射核弹，引发核战。稍后危机降温，伦道夫号则在11月30日返回诺福克，并进入船厂维修。

1963年3月，伦道夫号完成维修，在接着整年，均留在大西洋执勤，并在7月至8月搭载海军学院学生到加勒比海考核。

1964年3月至8月，伦道夫号前往地中海演习，并在8月27日进入朴次茅斯的船厂维修。维修于1965年1月29日完成。

2月开始，伦道夫号在大西洋作反潜巡航，然后再次前往地中海，在9月返抵美国。

1966年5月16日至9月2日，伦道夫号前往北欧巡航，并访问多个港口。

10月7日至11月14日，伦道夫号在波士顿船厂维修，然后到加勒比海训练。

1967年9月27日，伦道夫号最后一次到地中海巡航，并与美军舰队在海上演习，于12月17日返抵美国。

1968年8月7日，海军宣布伦道夫号即将退役。

1969年2月13日，伦道夫号在波士顿船厂退役，并拖到费城封存。

1973年6月1日，伦道夫号除籍，并在1975年5月15日以1,560,000美金出售拆解。