1番艦のU.S.S.エクセルシオールNX-2000は、従来のワープ・ドライブを超える速度で移動することを目的としたトランスワープドライブの実験艦として建造されたという経緯があるが、結局この試みは成功しなかった。その後U.S.S.エクセルシオールは通常のワープドライブへ換装し、登録番号もNCC-2000に書き換えられ、ヒカル・スールー艦長の指揮の下でベータ宇宙域の調査任務に就く。

トランスワープの実用化は失敗であったものの数々の科学実験で多大な成果が得られており、トランスワープドライブ部分以外の船体設計も非常に優れたものであった。23世紀末の運用開始から80年以上経った2370年代でも、エンジンやコンピュータ等の内装機関を更新しつつ、現役艦として頻繁に用いられている。DS9のドミニオン戦争では大規模な艦隊戦に大量に投入され、VOY第118話「過去に仕掛けられた罠」では、造船所において24世紀後期の最新鋭艦であるアキラ級、イントレピッド級、ギャラクシー級宇宙艦らに混ざって、新規に建造中のエクセルシオール級宇宙艦を見ることができるほどである。対してエクセルシオール級の後継艦級であるはずのアンバサダー級はほとんど見かけることがない。
デザイン

デザインはILMのビル・ジョージ。船体形状は、基本的にU.S.S.エンタープライズNCC-1701のコンスティテューション級の外観（円盤状の第1船体、その下部に推進部となる円筒状の第2船体が接続し、その側面から伸びるパイロンに2基の円筒状のワープナセルが設置されている）を踏襲したデザインとなっている。歴代エンタープライズの艦級（コンスティテューション級やギャラクシー級）と比較した場合、コンパクトな円盤部と長大なワープナセルが特徴である。ビル・ジョージによれば、「優秀だが杓子定規で面白みのない日本人がエンタープライズをデザインしたらこうなるだろう」というコンセプトによるデザインである[2]。

またデザイナーのジョン・イーブスは、自身のお気に入りであったというエクセルシオール級のフォルムを踏襲しソヴェリン級宇宙艦U.S.S.エンタープライズNCC-1701-Eをデザインした。
強化型エクセルシオール級

U.S.S.エクセルシオールの8年後に進宙した同型艦U.S.S.エンタープライズNCC-1701-Bは、第2船体側面の張り出たバルジ部分や、バサードラムスクープ、インパルスエンジンの追加、ワープナセル後部に突起があるなどマイナーチェンジがされており、俗に「強化型エクセルシオール級」と呼ばれている。強化型エクセルシオール級は他に、U.S.S.ディファイアントNX-74205と交戦したU.S.S.ラコタNCC-42768がある。ラコタは最新型戦闘艦のディファイアントを大いに苦戦させるほど防衛力が強化されており、エクセルシオール級宇宙艦の設計の柔軟性と優秀性を示すこととなった。
エクセルシオールII級

『スタートレック:ピカード』第11話「スターゲイザー」に登場。U.S.S.エクセルシオールNCC-42037とU.S.S.ユーリカNCC-42023はエクセルシオールII級とされており、円盤部がソヴェリン級のような縦長の楕円形となり第2船体も拡張されている。これらはソヴェリン級やアキラ級、サザーランド級（ネビュラ級の後継）らと共に、セーガン級（コンステレーション級の後継）U.S.S.スターゲイザーNCC-82893の救援に駆け付けた。

この第11話には、他にもガガーリン級（シェパード級の後継）やリライアント級（ミランダ級の後継）、ロス級（ギャラクシー級の後継）等、旧型宇宙艦のスタイルを踏襲した新型艦が多数登場している。

また『スタートレック:ローワー・デッキ』第20話「初めてのファースト・コンタクト」ではエクセルシオール�U級のワープナセルをソヴェリン級のものに換装したオベナ級U.S.S.アルキメデスNCC-83002が、フリーマン艦長の友人ゴメス艦長の指揮する艦として登場している。
主要登場人物との関わり（23世紀）

U.S.S.エンタープライズNCC-1701を溺愛する機関主任のモンゴメリー・スコット中佐は、エンタープライズの株を奪ったU.S.S.エクセルシオールNX-2000を毛嫌いしており、「バケツのような船」「（開いた穴をふさぐ）ボルトだらけの古バケツ」などの悪態をつく。しかし『スタートレックVI』のラストシーンではエクセルシオールを「ものすごい艦だな…」と賛美している。

U.S.S.エンタープライズNCC-1701の操舵士だったヒカル・スールー中佐は大佐に昇格後、U.S.S.エクセルシオールNCC-2000の艦長に就任し、3年間の調査任務に就く。