Thiết kế của Indefatigable được cải tiến dựa trên lớp Illustrious và được xem là tương đương với lớp Essex của Hoa Kỳ, với đặc tính thiết kế gần hơn với chiếc HMS Ark Royal, với những vách sàn chứa máy bay được thu gọn để có được sự phân bố trọng lượng tốt hơn, và một sàn chứa máy bay thứ hai bên dưới. Nó cũng có một bộ động cơ thứ tư cho phép đạt được tốc độ tương đương với lớp Essex. Bằng cách sử dụng các chỗ đậu máy bay cố định ngay trên sàn đáp, chiếc tàu sân bay có thể hoạt động cho đến 81 máy bay khi phục vụ cùng Hạm đội Thái Bình Dương Anh Quốc trong những năm 1944 và 1945. Hệ thống hỏa lực phòng không sử dụng kíp nổ định thời gian và có 4 tháp điều khiển góc cao Mk V. Tám tháp pháo 113 mm (4,5 inch) nòng đôi trên tàu cũng sử dụng hệ thống điều khiển từ xa.

Indefatigable được đặt lườn vào ngày 3 tháng 11 năm 1939 tại xưởng đóng tàu nổi tiếng John Brown trên sông Clyde tại Clydebank thuộc Scotland. Nó được hạ thủy vào ngày 8 tháng 12 năm 1942 và hoàn tất vào ngày 3 tháng 5 năm 1944. Thời gian chế tạo bị trì hoãn là do thay đổi độ ưu tiên của các xưởng đóng tàu.