武器系统F-15 可以使用多种对空武器。自动化的武器系统加上平显、HOTAS，使得飞行员可以高效率地进行空战，而无需将精力浪费在繁杂的武器操纵程序上。如果飞行员更改了当前的武器选择，平显上的武器发射指引也将随之自动改变。根据最初的设计，F-15
可以携带三种对空武器系统：AIM-7F/M“麻雀”半主动雷达制导中距导弹，AIM-9L/M“响尾蛇”红外制导格斗导弹，M61A1“火神”加特林航炮。随着
AIM-120 先进中距空空导弹投产服役，F-15 也可以使用这种先进的主动雷达制导导弹。今后随着 AIM-9X
格斗导弹定型投产，我们还将在 F-15 的挂架上见到它的身影。M61A1 航炮这是在美国第三代战斗机上得到广泛使用的一种航炮，F-15 所有改型上均有装备。安装位置在右翼根整流罩内，备弹 940 发（A~D
型）/500 发（E）。航炮射速有两种，4,000 发/分和 6,000 发/分，飞行员可以自行设置。航炮主要用于距离 600
米以内的空战，弥补格斗导弹的发射死区。AIM-9L/MAIM-9 导弹系列诞生于 50 年代中期，发展到 L/M 已经是第三代。尽管气动外形仍和早期 AIM-9
相似，但性能却不可同日而语。早期 AIM-9
只能跟踪发动机尾喷口的红外信号，要求飞行员将机头指向敌机尾部才能发射，并且发射时过载也有严格限制。而 L/M
型则可以实施“全向”攻击——当然，实际上还做不到“全向”发射，在目标机头左右各 15
度范围内仍然是发射死区，但已经远远优于它的前辈了。并且其制导头可以随动于雷达，雷达锁定目标的同时，导弹的制导头也已经锁定目标了。需要说明的是，AIM-9L 原来是海军的项目，后来空军为了减小风险，缩减开支而决定与海军联合研制，从而放弃了自己的 AIM-82
项目。