Проект F-15EX предполагает усиление конструкции фюзеляжа и крыла, установку новых двигателей. Истребитель оснащен "стеклянной" кабиной пилота, системой вывода важной информации на нашлемный дисплей, новым компьютером управления полетными заданиями, усовершенствованными системами радио- и спутниковой связи, новой системой предупреждения о радиолокационном облучении и пусках ракет, а также инфракрасной поисково-следящей системой.

F-15EX оснащен быстрым и высокопроизводительным бортовым компьютером Display Core Processor II (ADCP-II), который может обрабатывать 87 миллиардов команд в секунду, что делает его одним из самых быстрых в мире авиационных вычислительных комплексов. Так же истребитель получил электродистанционную систему управления, цифровой кокпит, радар AN/APG-82(V)1 AESA с активной фазированной антенной решеткой (АФАР), систему инфракрасного поиска и сопровождения, гондолу прицеливания Sniper и современную систему радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и наблюдения AN/ALQ-250 Eagle Passive Active Warning Survivability System (EPAWSS).

Изначально F-15EX Advanced Eagle должен заменить устаревающие F-15C/D Eagle, которые в ВВС США так и не были вытеснены истребителями пятого поколения F-22 Raptor и F-35 Lightning II, оказавшимися слишком дорогими. Последний, кроме того, в целях сохранения малозаметности не предназначен для переноса тяжелой ракетно-бомбовой нагрузки. Американцы уверены, что F-35 Lightning II и F-15EX Advanced Eagle поработают совместно - истребитель пятого поколения будет обнаруживать противника и передавать данные о цели более вооруженному самолету четвертого поколения.

Дополнительная, но очень важная для ВВС США возможность, которую в перспективе должен получить современный F-15 Eagle, - управление ведомым беспилотным летательным аппаратом (БПЛА), вроде австралийского Boeing Loyal Wingman. Подобные дроны способны не только осуществлять разведку, но и переносить ракеты, существенно увеличивая боевой радиус действия ведущего самолета. Возможно, ответственным за подобные беспилотники в F-15EX Advanced Eagle также будет офицер по системам вооружений.

Другая серьезная особенность F-15EX Advanced Eagle - использование архитектуры Open Mission System (OMS), позволяющей, прежде всего благодаря стандартным интерфейсам и форматам данных, оперативно интегрировать в системы самолета современные возможности.