Lớp tàu CVB-41 (lúc đó còn chưa được đặt tên) ban đầu được nghĩ ra vào năm 1940 như một nghiên cứu thiết kế nhằm xác định ảnh hưởng của một sàn đáp được bọc thép trên một tàu sân bay có kích cỡ tương đương với lớp Essex. Các kết quả tính toán cho thấy sẽ ảnh hưởng lớn đến tầm cỡ của lực lượng không quân được bố trí, khi số lượng máy bay có thể hoạt động chỉ là 45, so với 90–100 chiếc trên một tàu sân bay hạm đội tiêu chuẩn thuộc lớp Essex. Kết quả là, xu hướng thiết kế đi theo hướng một tàu sân bay lớn hơn có thể hỗ trợ cả một sàn đáp bọc thép và một lực lượng không quân lớn. Không giống như những tàu sân bay của Hải quân Hoàng gia Anh, trong đó sàn đáp bọc thép là một phần của cấu trúc thân tàu, lớp Midway giữ lại thiết kế "sàn tàu chắc" ở mức sàn chứa máy bay, trong khi sàn đáp bọc thép chỉ là một phần của cấu trúc thượng tầng. Các biện pháp giảm trọng lượng cần thiết cho một sàn đáp bọc thép được thực hiện bằng cách tháo bỏ một khẩu đội pháo 203 mm (8 inch) có cỡ nòng kiểu tàu tuần dương, và giới hạn số khẩu đội phòng không 127 mm (5 inch) từ nòng đôi thành nòng đơn. Chúng là những tàu sân bay cuối cùng của Hải quân Mỹ được thiết kế như vậy; kích cỡ khổng lồ của lớp siêu hàng không mẫu hạm Forrestal đòi hỏi lớp sàn tàu chắc phải được thiết kế ở mức độ sàn đáp.

Thiết kế tàu sân bay mới là những con tàu rất lớn, với khả năng mang được nhiều máy bay hơn mọi tàu sân bay khác trong hạm đội Mỹ (nhiều hơn 30–40 máy bay so với lớp Essex). Trong cấu hình ban đầu, lớp Midway dự định sẽ có một lực lượng máy bay lên đến 130 chiếc. Điều không may là, người ta nhanh chóng nhận ra là quá nhiều máy bay sẽ ở bên ngoài khả năng kiểm soát và chỉ huy hiệu quả của một con tàu.

Trong khi kiểu tàu sân bay mới có đặc tính bảo vệ tuyệt vời và một lực lượng không quân phối thuộc lớn chưa từng thấy, chúng cũng có nhiều tính chất không được mong đợi. Bên trong tàu khá chật hẹp; chỗ trống sẵn có thường rất ít. Khi di chuyển trong vùng biển động, con tàu bị tràn nhiều nước, điều này chỉ được làm giảm nhẹ một phần sau khi được trang bị một mũi tàu kín chống bão khi được trang bị nâng cấp SCB-110/110A; và bị tắc nghẽn nút cổ chai ảnh hưởng đến hoạt động cất cánh và hạ cánh.