Với 2 động cơ phản lực mạnh mẽ, tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng cao và cấu trúc tối ưu cho không chiến, F-15 Eagle được phát triển để giành ưu thế trên không trước những chiến đấu cơ tiên tiến của đối phương.
Khả năng cơ động của F-15 Eagle là kết quả kết hợp giữa lực đẩy động cơ, tải trọng cánh, thiết kế khí động học và hệ thống điều khiển, tạo nên hiệu suất nổi bật trong không chiến.
Radar AN/APG-63 là một trong những hệ thống quan trọng nhất trên F-15 Eagle, giúp phi công phát hiện, theo dõi và kiểm soát giao chiến với mục tiêu trên không ở khoảng cách xa.
F-15A một chỗ ngồi và F-15B hai chỗ ngồi đánh dấu giai đoạn đầu tiên đưa Eagle từ chương trình thử nghiệm thành chiến đấu cơ phục vụ trong lực lượng Không quân Mỹ.
Trong Chiến dịch Bão táp Sa mạc năm 1991, F-15 Eagle giữ vai trò chủ lực trong nhiệm vụ giành ưu thế trên không của liên quân, góp phần làm suy yếu sức mạnh không quân Iraq.
Những hạn chế trong không chiến tại Việt Nam thập niên 1960 và sự xuất hiện của các chiến đấu cơ Liên Xô đã thúc đẩy Mỹ phát triển F-15 Eagle, dòng tiêm kích được thiết kế chuyên biệt để giành và duy trì ưu thế trên không.