W konfiguracji uderzeniowej samolot może przenosić m.in. bomby GBU-39 Small Diameter Bomb, amunicję JDAM, pociski AGM-88 oraz uzbrojenie dalekiego zasięgu, w tym AGM-158 JASSM. Konstrukcja pozwala również na podwieszanie uzbrojenia o dużych gabarytach, którego nie mogą przenosić niektóre mniejsze samoloty bojowe.
Wzmocnienie konstrukcji zwiększyło masę Advanced Eagle w stosunku do wcześniejszych F-15. Jednocześnie cyfrowe sterowanie oraz silniki F110-GE-129 zapewniają korzystniejsze charakterystyki manewrowe i ułatwiają kontrolowanie samolotu przy dużych kątach natarcia oraz niesymetrycznym obciążeniu uzbrojeniem.
Awionika F-15EX nie ma właściwości stealth na poziomie F-22 i F-35, lecz wykorzystuje zintegrowane czujniki i środki samoobrony zwiększające świadomość sytuacyjną załogi. Radar AN/APG-82(V)1, pierwotnie oznaczany jako APG-63(V)4, łączy antenę AESA zastosowaną w APG-63(V)3 z rozwiązaniami przetwarzania sygnału wywodzącymi się z stosowanego w F/A-18E/F Super Hornet. Nowy układ chłodzenia i filtry częstotliwości umożliwiają jednoczesną pracę radaru i systemów walki elektronicznej.