Ilan Ramon blev uddannet jagerpilot i det israelske luftvåben "Heyl Ha'Avir" i 1974 og har fløjet over 4.000 timer med Skyhawk, Phantom II, Mirage III og F-16 kampfly. I 1981 deltog han i Operation Opera hvor et irakisk atomreaktorbyggeri blev ødelagt af otte israelske F-16. I 1982 deltog han i Israels anden invasion af Libanon.