該型飛機是蘇聯第一種懸臂式下單翼，可收放起落架的戰鬥機。原型機TsKB-12於1933年開始設計。總設計師為波利卡波夫。初期飛機裝M-22發動機。飛機試飛後，波利卡波夫認為M-22發動機功率偏小，決定換裝M-25發動機，即改型為TsKB-12bis型。在12bis接近設計完成時，以I-16-4型的編號投入批量生產。
波利卡波夫
1935年7月，裝M-25發動機和ShKAS機槍的5型開始生產，產量約1500架。在1935-1937年間5型是當時世界上飛得最快的戰鬥機，在西班牙內戰時性能明顯優於叛軍的菲亞特CR-32雙翼戰鬥機。到1941年6月22日衛國戰爭開始時，蘇軍第一線作戰飛機中還有大量5型。和5型同時生產的6型縮小了背部的背脊，改善飛行員的後方視野。
伊16/5型
伊16/6型
1937年底，10型開始生產。10型在機頭增加兩挺ShKAS機槍，在飛行員座位後背增加8mm厚的裝甲板，可以抵禦12.7mm機槍的攻擊，使用功率更大的M-25V發動機。作為戰鬥機，10型一直使用到1943年，部分10型改為聯絡機或高速偵察機(在右翼尖加裝照相機)，使用到1944年。
伊16/10型
1938年生產的I-16是17型，基本和10型一樣。1939年換裝功率更大的1000HP的M62發動機，稱為27型。17/27型一共生產1184架。
伊16/17型
1939年投產的24型和1940年投產的29型裝備1100HP的M-63發動機，24型的航速達到470KM/H。29型是I-16的最後型別，主要是將1940年研製成功的12.7mmUB重機槍換調換24型的7.62mm機槍。24型和29型在1940年-1941年戰爭爆發前曾大批生產。
伊16/24型
從17型開始有部分飛機裝備20mm機關炮，在衛國戰爭初期，裝20mm機炮的I-16在IL-2強擊機未大批裝備部隊前，在攻擊地面德軍行軍縱隊和裝甲目標時充作強擊機使用。絕大部分I-16都可以在機翼下攜帶4-6枚火箭彈。
伊16/29型
性能數據
乘員：1人
機長：5.99米（5/6型）/6.07米（10型及以後各型）
翼展：9米
機高：3.25米
空重：1,350千克
最大起飛重量：1,715千克
發動機：M-25發動機（775馬力）×1
最大飛行速度：440千米/時
升限：8270米
最大航程：810千米
武器：兩挺（5/6型）或四挺7.62毫米口徑施卡斯機槍（10型/24型），或兩挺7.62毫米口徑施卡斯機槍和兩門20毫米口徑施瓦克機炮（17型），並可選擇攜帶RS-82火箭8枚。
I16-10型，白色91號，尼古拉·伊格納蒂耶夫上尉，加里寧方面軍，728戰鬥機團，1942-43年冬。
I16-10型，伊萬·拉基夫少將，庫班方面軍，235戰鬥機師，1941年底。
I16-17型，白色28號，米哈伊爾·瓦西里耶夫上尉，第4戰鬥機師，波羅的海艦隊航空兵，諾瓦亞·拉多加，1942年春。
I16-24型，紅色1號，尼古拉·捷廖欣上尉，西方面軍，161戰鬥機團，1941年夏。
I16-24型，白色13號，瓦西里·戈盧別夫上尉，第7戰鬥機團，列寧格勒方面軍，1941年夏。
I16-24型，白色16號，安東尼·洛馬金上尉，第21戰鬥機團，列寧格勒方面軍波羅的海戰線方向，1942-43年。
I16-10型，白色23號，列昂尼德·加爾琴科上尉，145戰鬥機團，維佳，1941年夏。
I16-24型，紅色21號，根納季·托科拉耶夫上尉，近衛第4戰鬥機團，列寧格勒方面軍波羅的海艦隊航空兵， 1942年2月。
I16-24型，白色27號，克里切夫斯基中尉，254戰鬥機團，布多戈希，近列寧格勒，1943年。
I16-24型，紅色34號，格里高利·古里亞諾夫准尉，第4近衛戰鬥機團，列寧格勒方面軍波羅的海艦隊航空兵，1942年春。
I16-24型，波羅的海艦隊航空兵，第13獨立戰鬥機團，1940年夏。
I16-24型，白色11號，波利斯·薩福諾夫上尉，第72混成航空兵團，北方艦隊航空兵，維佳，1941年夏。
I16-24型，白色13號，S·蘇利延科高級准尉，第72混成航空兵團，北方艦隊航空兵，維佳，1941年夏。
I16-29型，紅色5號，彼得·布林科上尉，第13戰鬥機團，列寧格勒方面軍波羅的海艦隊航空兵，1941年夏。