Несмотря на ограниченное водоизмещение, бронирование "Арк Ройяла" оказалось весьма неплохим. Броневой пояс толщиной 114мм, установленный на 12,7-мм подклад-ке из кораблестроительной стали, имел длину 95,1 м и прикрывал около 45% ва-терлинии. Его общая высота в районе по-гребов и машинного отделения составля-ла 4,88 м, а у котельного отделения он под-нимался на 7,47 м и доходил до нижней ангарной палубы, чтобы защитить дымохо-ды и помещения вспомогательных механиз-мов. В оконечностях бортовые пояса замыкались 87-мм траверзными переборками.

Броневая палуба была несколько необыч-ной: трехуровневой. Над котельными отделениями она шла на уровне нижней ангар-ной палубы, над машинными - на уровне верхней (в обоих случаях ее толщина состав-ляла 63 мм). Над погребами и хранилища-ми авиационного горючего бронепалуба опускалась до уровня нижней, при этом до-ходя по ширине только до противоторпед-ных переборок, зато толщина ее увеличи-валась до 87 мм. Горизонтальное брониро-вание рассчитывалось на противостояние 500-фн бомбам, сброшенным с высоты 9500 футов (около 3 км), или 1000-фн, сброшен-ным с высоты 5500 футов (чуть более 1,5 км). При этом полетная палуба, как это было принято в британской практике, долж-на была выдерживать взрывы 20-фн фугас-ных бомб.

Отсек рулевых машин имел локальную "коробчатую" защиту из 87-мм броневых плит. Мостики защищались противопульной броней.

Общий вес бронирования составлял 2850 т, или 12,95% от стандартного во-доизмещения. Правда, броня прикрыва-ла только центральную часть корабля - своеобразную цитадель, оставляя оконеч-ности незащищенными. Здесь единствен-ной защитой становилось более развитое деление на отсеки.
Противоторпедная защита прикрывала большую часть длины корабля и включала в себя три продольные переборки; цент-ральная выполнялась из 37-мм броневой стали. Из трех отсеков ПТЗ внешний пред-ставлял собой продолжение второго дна, поднимавшегося вверх по борту до глав-ной палубы, центральный использовался для хранения нефти, а внутренний оставал-ся незаполненным, служа, как и первый, камерой расширения. Общая глубина ПТЗ на миделе составляла 4,08 м.

Теоретичес-ки это обеспечивало защиту от подводного взрыва 750-фунтового (345 кг) заряда тро-тила - именно такой несли самые мощные британские торпеды. Реально же она была испытана лишь однажды и не выдержала экзамена, хотя вес заряда поразившей ее немецкой торпеды составлял всего 280 кг.

С приходом адмирала Хендерсона на пост Контролера Адмиралтейства взгляды англичан на броневую защиту авианосцев коренным образом изменились. Весной 1936 года, когда корпус "Арк Роняла" был уже собран до главной палубы, Морской штаб рекомендовал проработать вопрос о его переоборудовании по типу проектиро-вавшихся авианосцев с бронированной полетной палубой и уменьшенной наполовину самолетовместимостью. Однако расчеты показали, что установка дополнительной 51-мм брони на полетную палубу вызовет увеличение водоизмещения до 23 500 т - на 500 т выше установленного Лондонским соглашением лимита для авианосцев. К тому же, потребовалось бы полностью пе-ределывать ангары и самолетоподъемники и на 0,45 м увеличить ширину корпуса. Это непременно вызвало бы серьезную за-держку готовности корабля, поэтому от пе-реоборудования отказались.