蘇聯第一種懸臂式下單翼，可收放起落架的戰斗機。原型機TsKB-12于1933年由波利卡波夫開始設計。初期，飛機裝M-22發動機(Wright-Cyclone SGR 1820)。飛機試飛后，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(Wright-Cyclone SGR 1820 F3)，即改型為TsKB-12bis型。在12bis接近設計完成時，蘇共中央決定以I-16-4型的編號投入批量生產。由于M-25發動機的生產一直未能正常，所以前期的I-16-4有一些裝美國的1820 F3發動機或以M-22發動機臨時代替。1934年2月18日由著名飛行員V.P.Chkalov進行試飛。1935年4型在紅場紀念五一國際勞動節的群眾集會上首次露面，編隊飛過紅場上空。隨后，4型生產了約400架，開始裝備部隊。 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斗機，在西班牙內戰時性能明顯優于叛軍的Fiat CR-12雙翼戰斗機。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，改善飛行員的后方視野。
外觀和參數：
本機擁有機身粗短的低單翼木質硬殼結構，一律使用一具九汽缸星形氣冷發動機，發動機只是簡單地罩著加強防護但沒有減阻措施，使用開放式座艙和收放式后三點起落架，設有兩葉式變距螺旋槳，并首創了裝甲座艙。
尺寸:翼展9米，機長6.1米，高2.6米，翼面積14.50平方米，空機重1350公斤，滿載重1715公斤。
雖然本機系列各亞型外觀相似，唯最后期型使用可以緊閉的防彈玻璃座艙罩。但因為發動機的進步，使得各亞型號的性能和武裝區別很大。
