F-15A
Prima versione di serie (1974).
F-15B
Versione biposto a doppi comandi, con piene capacità operative. Inizialmente conosciuta con la denominazione TF-15.
F-15C
Seconda versione di serie, con avionica aggiornata, Fast Packs, controllo digitale dei motori, capacità interna di carburante incrementata. (1979)
F-15D
Versione biposto del C, con piene capacità operative.
F-15E Strike Eagle (Beagle)
Versione biposto da interdizione e strike, nuovo radar APG-70, motori potenziati, piene capacità multiruolo A/A e A/S, Fast Pack, pod di navigazione e attacco. (1989)
F-15J/DJ
Variante ottimizzata per le esigenze giapponesi, prodotta su licenza dalla Mitsubishi nelle versioni mono e biposto. (1980)
F-15I
Variante dell'F-15E per Israele.
F-15S
Variante dell'F-15E per l'Arabia Saudita.
F-15K
Variante dell'F-15E per la Corea del Sud.
F-15T
Variante dell'F-15E per Singapore.
F-15/ASAT
Alcuni esemplari di F-15A modificati per trasportare e lanciare il missile ASAT.
F-15/MSIP
Programma di aggiornamento articolato su più fasi nell'intera vita operativa dei velivoli, nel corso dei quali sono stati introdotti motori migliorati, avionica aggiornata (radar APG-63 serie V3 e radar APG-70), compatibilità con nuove armi aria-aria e aria-terra.
Si noti che l'APG-70 è la denominazione assegnata all'APG-63(V2) con tecnologia SAR, mentre l'APG-63(V3) è ancora più avanzato e utilizza la tecnologia AESA.
Una parte dei miglioramenti dei programmi MSIP è stata implementata anche sugli aerei in servizio nei paesi esteri.
NF-15B Agile Eagle (ACTIVE)
Si tratta di un F-15B utilizzato dalla NASA per una serie di sperimentazioni.
Inizialmente (1988) è servito per sperimentare un sistema di alette canard, poi si è passati a integrare sistemi avionici avanzati, sistemi integrati di controllo digitale del volo e sistemi di controllo vettoriale della spinta (prima bidimensionali e poi tridimensionali).
Così il programma, nato come F-15 STOL/MTD è poi diventato ACTIVE nel 1993 e infine IFCS nel 2002.
RF-15 Peek Eagle
Nel corso della sua carriera, almeno un paio di volte l'F-15 è stato proposto nel ruolo di ricognizione, prima con un F-15B e poi con un F-15D appositamente modificati.
Il programma non è andato oltre le fasi di dimostrazione in volo, nel 1995.
F-15C/WW
L'USAF studiò e sperimentò nel 1996 una versione Wild Weasel (SEAD) derivata dall'F-15C, per concludere che l'aereo ideale in questo ruolo sarebbe stato un F-15E appositamente equipaggiato. Ragioni di costo portarono poi a preferire in questo ruolo l'F-16 Falcon, anche se gli Strike Eagle possono comunque trasportare e lanciare i missili HARM.
F-15XX
Nel 1992 la MDD propose all'USAF una versione dell'F-15 con alcune caratteristiche Stealth, come alternativa economica nel caso che il programma F-22 (già scelto come successore dell'Eagle) diventasse eccessivamente oneroso. L'USAF scartò subito l'idea (forse troppo in fretta, visto come sono andate le cose con l'F-22 ...)