F-15被公认为一种优秀的空中优势战斗机。它的优势是以比以往任何一种战斗机都要优越的机动性、操纵性、航程、火力和电子设备为基础的。F-15的电子和武器系统无论在有支援的本方空域，还是敌占区域，都能有效的发挥作用。而其他的一些战斗机往往过于依赖地面基地的支援。

F-15具有高度的机动性和加速性能，其推重比极高，超过1，而单位翼载荷则很低。单位翼载荷(飞机重量与翼面积的比值)是决定机动性的关键因素，加上F-15的发动机推重比很高，使得F-15既便是在高速转弯的时候也并不会丧失速度。

F-15采用固定式切角三角形上单翼，不带前缘和后缘机动襟翼。固定弯度的普通锥形扭转机翼提高了机动性。前缘后掠角45°，展弦比为3，根梢比为4，相对厚度翼根处为6.6％，翼尖处为3％。上反角1°，安装角0°。机翼采用多梁抗扭盒型破损安全结构。前梁为铝合金，后三根梁是钛合金的。少量钛合金壁板，多为铝合金机械加工整体壁板。机翼装有均为铝合金蒙皮全铝蜂窝夹层结构的前、后缘，副翼和襟翼。在C、D型上，内侧机翼的前部和后部都扩大成整体油箱。机翼无除冰系统。

能执行多种任务的电子系统也是F-15和其他战斗机的一个重要区别。F-15的电子系统由平视显示仪、APG-63(下图，或APG-70)火控雷达、惯性导航系统、飞行控制系统、高频无线电通信设备、战术导航系统、自动着陆系统组成。另外还装有一个中央电子战系统、敌我识别系统、电子对抗装置和中央数字式计算机。

F-15的平视显示仪(下图飞行员前方绿色物体)能将机上综合电子系统收集到的各种基本飞行信息显示在飞行员面前的宽幅屏幕上。该显示仪能在任何光线条件下正常工作，它使得飞行员不需要低头查看驾驶舱内的各种仪表，就能够完成跟踪并击落敌机的过程。

F-15采用APG-63或APG-70多普勒通用火控雷达系统，具有上视上射能力，也具有在地面杂波干扰的条件下发现低空目标的能力。该雷达能在超视距到近距离、高空到贴地高度的范围内搜索和跟踪普通敌机或高速的小型目标，例如空空导弹。该雷达将探测到的信息送到中央计算机，以更有效的运用武器。在近距格斗中，该雷达自动跟踪敌机，并将信息显示在平视显示仪上。F-15的电子战系统能自动提供告警，并对选定的目标实施自动电子对抗。

作为一种优秀的战斗机，F-15能携带一系列的空对空武器。机上的自动武器管理系统能使得飞行员安全而有效的进行空中作战。在作战中，F-15的飞行员只需盯住平视显示仪，双手分别控制操纵杆和油门杆上的各个武器及电子设备按钮即可。当飞行员改变当前选定的武器时，平视显示仪上会立即显示该武器所对应的虚拟导引线。

F-15可使用四种不同的空对空武器：其机腹可携带四枚AIM-7F/M“麻雀”导弹或AIM-120 AARAAM先进中距空空导弹，机翼下的两个挂架共可携带四枚AIM-9L/M“响尾蛇”近距空空导弹或AIM-120导弹，右翼根下固定安装有一门M61A1 20mm加特林机炮。

第一架F-15A于72年7月出厂。双座教练改进型F-15B于73年7月首飞，74年11月交付使用。76年1月，第一架正式为作战部队生产的F-15A服役。A型一共生产了385架，其中装备美空军366架(含转给以色列的24架)，出口以色列43架。F-15B也可用于执行制空作战任务。B型除第二个座椅和座舱盖加大以外，与A型几乎没有什么区别。B型比A型约重363千克，没有AN/ALQ-135电子对抗设备，其他与A型相同。F-15B共生产了60架，7架出口以色列。

A、B型的改进型F-15C、D于79年开始进入美军序列。这两种新型号是PEP2000改进计划的产物，于1979年2月首次飞行。改进包括利用机内剩余空间多装内部燃油907千克，可挂容积900公升的外挂副油箱。可增挂两个保形外挂油箱，此油箱可装2211千克的JP-4燃油，也可装侦察传感器、雷达探测和干扰设备、激光标识器、微光电视设备、侦察照相机等设备。保形外挂油箱挂在发动机进气道两侧，阻力很小，不降低飞机的载荷因数和速度极限，不影响其他外挂点的使用。AIM-7F“麻雀”导弹可挂在保形油箱的转角处。最大起飞重量增至30600千克。C型采用了两台普惠公司的F100-PW-200或229型涡扇发动机，每台推力10646千克。1983年，美国空军与麦克唐纳·道格拉斯公司签订了F-15“多阶段改进计划”(MSIP)的合同，换装AN/APG-70火控雷达，该雷达存储量达1000K，处理速度提高两倍。采用新型中央计算机，容量增加3倍，处理速度提高两倍。原有武器控制板换为与计算机相联的霍尼韦尔彩色显示屏，火控系统、电子对抗系统也有改进。改进后的F-15具有发射新型AIM-7、AIM-9和AIM-120空空导弹的能力。共生产488架，出口以色列24架，沙特75架。近期沙特阿拉伯的F-15将进行升级。

F-15C型和D型装有专门设计的低阻保形副油箱。两个保形油箱分别安装在两个翼根下，进气道两侧，对飞行速度的影响非常小。每个保形油箱携带约4222公升燃油，能减少F-15C/D空中加油的次数，增长在作战空域的留空时间。使用保形油箱时，并不影响原有的各种武器的挂装和发射。AIM-7F/M“麻雀”导弹甚至还能外挂在保形油箱的边角挂架上。

F-15E型是F-15的双座双重任务重大改型，用于执行全天候空对空及远距离对地遮断任务，偏重对地攻击。它的后驾驶舱经过升级，安装了四个多用途阴极射像管显示器。机上的环形激光陀螺惯性导航系统和三余度线传操纵系统能确保飞机做自动地形跟踪飞行。

1983年2月，F-15的多级别改进计划启动，第一种改进型MSIP F-15C于85年出厂。改进计划包括升级中央计算机；换装具有重编程能力的火力控制装置，这使得F-15能够使用AIM-7、AIM-9、AIM-120A的改进型号；换装新的战术电子战系统，包括ALR-56C雷达告警接收装置和ALQ-135对抗装置。MSIP的最后四十三架战斗机换装了休斯APG-70雷达。

F-15的C、D、E型在91年的海湾战争中取得了26比0的空战佳绩，充分证明了这一系列战斗机的超人作战能力。整个海湾战争中，F-15在盟军取得的36次空战胜利中占了其中36次。F-15E主要在夜间出动，借助LANTIRN吊舱，F-15E执行了大量攻击伊拉克弹道导弹发射车和炮兵阵地的任务。