В ходе серийного производства танка M1 было проведено несколько этапов его модернизации. Первый этап был начат уже в 1984 г., через четыре года после начала серийного производства танка, и предусматривал усиление броневой защиты лобовых проекций и введение в боекомплект нового оперенного бронебойного подкалиберного снаряда М733 повышенной бронепробиваемости.
Второй и третий этапы модернизации проводились соответственно с 1985 и 1988 гг. и привели к созданию модификации M1A1, отличающейся от исходного варианта танка прежде всего более высокой огневой мощью и усиленной броневой защитой.
Огневая мощь танка возросла за счёт установки 120-мм гладкоствольной пушки М256, выпускающейся в США по лицензии фирмы «Рейнметалл» (такая же пушка устанавливается и на германских танках «Леопард-2»).
В боекомплект пушки входят выстрелы унитарного заряжания со снарядами двух основных типов: бронебойные подкалиберные с отделяющимся поддоном и оперенным сердечником (изготовленным из вольфрама или обедненного урана) М827 и многоцелевые (кумулятивного и осколочно-фугасного действия) М830. Имеется некоторое количество учебных выстрелов. У всех выстрелов гильзы со сгорающим корпусом и стальным поддоном. Из-за больших размеров казенной части пушки и выстрелов боекомплект уменьшен до 40 выстрелов, размещенных в специально сконструированной бронированной боеукладке. Пушка снабжена эжектором и теплоизоляционным кожухом.
Усовершенствована также система управления огнем. На танке установлен новый панорамный тепловизионный прицел командира, лазерный дальномер и усовершенствованный баллистический вычислитель, работающий в комплексе с тепловизором.
Для усиления броневой защиты в состав брони лобовых частей корпуса и башни введены включения из обедненного урана.
Внесенные в конструкцию танка M1A1 изменения повлекли увеличение его боевой массы на 2,6 т, что в свою очередь потребовало усилить ходовую часть и трансмиссию.
Общее количество выпущенных американской промышленностью танков M1A1 оценивается в 4227 единиц. В ноябре 1988 г. было подписано соглашение об организации в Египте сборки и совместного производства 555 танков M1A1 для египетских вооруженных сил. Единственным отличием египетского варианта танка является использование многослойной брони как на первой модификации M1. В использовании брони, изготовленной с применением обедненного урана, египтянам отказано.
