F-15SA继续在右发动机进气口下方挂载AN/AAQ-13“蓝盾”导航吊舱，但左侧进气口下方挂架上已经升级成了洛克希德·马丁公司的“狙击手”先进瞄准吊舱（ATP），并且在“狙击手”吊舱的挂架上集成了一个AN/AAS-42“虎眼”红外搜索和跟踪（IRST）系统。F-15SA交易包括158具洛克希德·马丁公司的AN/AAS-33“狙击手”先进瞄准吊舱（ATP）。美国之外的首个“狙击手”吊舱支援设施正在沙特建设，由洛克希德·马丁公司和沙特先进电子公司的合资企业操作。
集成AN/AAS-42“虎眼”的“狙击手”挂架
沙特还订购了ITTExelis公司的AN/AVS-9夜视镜、40个用于地面部队与飞机通讯的远程操作视频增强接收机（ROVER）终端，一架10个UTC航空航天系统公司的DB-110光电/红外（EO/IR）远程倾斜摄影（LOROP）昼/夜侦察吊舱。
与F-15SG一样，F-15SA配备了BAE系统公司的数字化电子战系统/通用导弹预警系统（DEWS/CMWS），其天线安装在尾椎末端和后座舱两侧的梯形整流罩中。这套系统是F-15自20世纪70年代以来在电子战系统上的首次更新，系统的具有远程被动传感器探测、威胁警告、主动干扰和箔条/热焰弹和其他对抗手段发射系统。
DEWS/CMWS的天线安装在尾椎末端和后座舱两侧的梯形整流罩中
“鹰”式战斗机的两个外侧翼下硬点（1号和9号挂点）终于在F-15SA上被激活。这两个挂点当初在F-15A上被用于挂载电子战吊舱，结果麦道公司在试飞中发现吊舱对F-15的俯仰稳定性影响颇大，在模拟式增稳系统（CAS）出现故障的情况下，飞控系统无法维持主要包线区域内的1级飞行品质，这是无法接受的，于是取消了1号和9号挂点。
F-15A机翼外侧小挂架挂载AGM-88反辐射导弹演示
为了重新激活这两个挂点，F-15SA配备全新的古德里奇公司的全权数字式线传（FBW）飞行控制系统，取消了机械备份。波音最初计划花18个月的时间对新飞控系统进行试飞，确定出全部飞行包线，但显然遭遇技术难题，导致F-15SA项目出现重大拖延。在F-15SA上，1号和9号挂点不仅可用于挂载空空导弹，也可挂载炸弹甚至是副油箱。波音公司已经把这两个挂点作为升级选项提供给其他F-15用户。
开放小挂架后，F-15SA能实现这种16枚AIM-120的挂载
F-15SA安装两台通用电气F110-GE-129改进性能发动机（IPE），和F-15S保持一致。F-15S最初安装的是普惠F100-PW-229发动机，沙特空军在2008年启动了一个换发项目，为该机换装F110-GE-129C发动机，该发动机的全加力推力达到26670千克（262千牛）。
F-15SA安装F110-GE-129IPE发动机
F-15SA的武器
F-15SA的保形油箱保持不变，没有F-15SK“沉默鹰”的那种内置弹舱。
沙特在2011年为F-15SA采购的武器包括500枚雷神AIM-120C-7先进中程空空导弹（AMRAAM）、300枚雷神AIM-9X BlockI红外制导空空导弹、1100枚雷神GBU-24“铺路III”907千克激光制导炸弹、1000枚波音GBU-31B(V)3907千克联合直接攻击弹药（JDAM）、1300枚德事隆CBU-105DB风修正弹药布撒配器（WCMD）、1000枚227千克双模激光/GPS制导弹药（LJDAM）、1000枚907千克双模LJDAM、1000枚227千克Mk82通用炸弹、2000枚907千克Mk 84炸弹、400枚波音AGM-84L BlockII“鱼叉”反舰导弹和600枚雷神AGM-88B高速反辐射导弹（HARM）。
F-15SA的弹药库在2013年10月得到了进一步扩大，作为68亿美元后续订单的一部分，沙特订购了1050枚波音AGM-84H/LSLAM-ER和“鱼叉”BlockII导弹、60枚AN/AWW-13数据链吊舱（把SLAM-ER的红外图像传给载机，实现人在环中制导）、约1000枚波音GBU-39小直径炸弹（SDB）。
沙特在2013年10月的武器订单中还请求购买973枚454千克雷神AGM-154C联合火力圈外武器（JSOW）滑翔炸弹。这种炸弹从高空发射的射程为130公里，能从大多数地空导弹系统的射程外发射。JSOW使用惯性导航系统（INS）和GPS进行中段制导，与老型号JSOW相比，AGM-154C增加了一个红外成像末端探测器，可由载机选择要锁定的目标。
直到2013年初，JSOW才被允许出口到中东，阿拉伯联合酋长国（UAE）为其F-16E/F Block60战斗机订购了1200枚AGM-154C。沙特要求AGM-154C能配备两段式皇家兵工厂增强装药（BROACH）战斗部，以对付硬化和深埋目标。
2015年7月11日，沙特第一份JSOW合同被公布，耗资1.23亿美元购买355枚AGM-154C。这批弹药将与美国海军的第11批订单同时生产，将在2018年4月前完成交付。美军订单完成后，JSOW生产线将依靠出口订单维持。
波音推销的“先进F-15”概念以F-15SA为蓝本
波音公司为一架F-15SA拍摄了精美的产品宣传照用于其“先进F-15”的营销，这架飞机在照片中如圣诞树一般挂满了琳琅满目的武器。这两种飞机在配置和设备上几乎相同，只是“先进F-15”可能会配备最新的AN/APG-82(V)1相控阵雷达和AGM-88E先进防辐射导弹（AARGM）。
F-15SA的“圣诞树”挂载
执行空空任务时，F-15SA可以挂载16枚AIM-120C-7和AIM-9X空空导弹，其中4枚AIM-9X挂在1号和9号挂点上。
F-15SA的16枚空空导弹挂载方案
F-15SA的试飞
每架F-15SA在交付沙特前都属于美国空军，因此该机从工厂下线到完成试飞，都要达到美国军用标准。
F-15SA第二架原型机SA-2（12-1002）于2013年2月20日在波音圣路易斯机场进行了该型号的首飞，第一架原型机SA-1（12-1001）随后在2013年3月2日首飞。头三架F-15SA原型机参加了原计划持续18月的试飞项目，SA-2主要用于颤振和气动试飞。，该机被用于武器测试。SA-3（12-1003）被用于电子攻击态势感知测试。SA-3更接近计划中的生产型构型，没有安装太多测试仪器，也没有涂上前两架原型机的明亮的橙色机翼和尾翼标识。
F-15SA第二架原型机SA-2（12-1002）在首飞中
SA-2随后被涂上了艳丽的试飞色
由于F-15SA的线传飞控需要对整个飞行包线进行重新认证，所以试飞规模庞大。同时波音还要在试飞中证明线传飞控系统不会遭受其他系统电磁信号的干扰。
波音在试飞中发现线传飞控存在一些问题，其中大攻角飞行控制问题最为严重。所有试飞在2013年4月第一周后暂停，但即便这样，波音公司还是于2013年4月30日在圣路易斯为第一架F-15SA生产型举行了下线仪式。波音公司确定了解决方案，编写新软件进行测试并集成在原型机上后，试飞在暂停了6个月后得以继续。
头三架F-15SA的编队飞行 恢复试飞后，试飞项目被转移到加州爱德华兹空军基地美国空军的帕姆代尔工厂进行，该工厂隶属与美国空军航空系统中心第1分遣队，长期以来一直是美国空军先进和秘密项目的测试基地，同时也负责测试外销型F-15。第四架F-15SA也加入试飞，该机被用于支援飞行。
2015年初，F-15SA的试飞项目开始加速。圣路易斯工厂在2016年底已制造并存放了40架F-15SA，在四架飞机完成试飞项目后就开始在12月交付。同时，针对沙特F-15SA飞行员和地勤的训练项目已经启动。
这些延迟都是美方的问题而不是沙特最近遭遇的经济问题。原计划苏尔坦亲王空军基地第93中队将在2017年中期接收第一架F-15SA，在一年内换装完全部24架飞机，全部F-15SA在2019年前完成交付，但由于试飞的延误导致了相应的推迟。