Toen Polikarpov met het ontwerp kwam van de TsKB-12 in 1933 was het een revolutionair toestel. De eerste eendekker ter wereld met intrekbaar landingsgestel. Het ontwerpen was begonnen in 1932 door ontwerpers Grigorovic en Polikarpov in een Sovjet-staatsgevangenis. De twee ontwerpers waren daar vastgezet omdat Stalin het te lang vond duren eer er een nieuw jachtvliegtuig was ontworpen. In december 1933 vloog het eerste prototype.
Ondanks het lage vermogen van de gebruikte Shvetsov M-22 motor (450 pk) wist men toch een snelheid neer te zetten van maar liefst 376 km/u.
Het was een uit hout en metaal opgebouwd toestel. De eerste typen waren uitgerust met een open cockpit, maar later kwam er een gesloten koepel op.
Toen de Spaanse Burgeroorlog uitbrak leek het Stalin de uitgelezen kans om een aantal Sovjetvliegtuigen te testen onder oorlogsomstandigheden. Van alle landen die de Republikeinen steunden was de Sovjet-Unie de grootste leverancier met maar liefst 1409 van de 1947 door andere landen geleverde vliegtuigen. Om en nabij de 500 I-16's werden geleverd aan de Republikeinse luchtmacht. Bij aanvang van de Burgeroorlog was de I-16 het beste vliegtuig ter wereld. De vliegeigenschappen waren ongeëvenaard. Al snel moest het haar meerdere erkennen in de Italiaanse Fiat CR-32 en de Duitse Messerschmitt Me 109. Maar zelfs tegen deze toestellen kon de I-16 het in handen van een goede piloot opnemen.
Toen de Spaanse Burgeroorlog afliep werden de 22 overgebleven toestellen samen met nog 30 in kratten aanwezige exemplaren ingelijfd bij de Nationalistische luchtmacht. De laatste hiervan vloog nog in 1953.
In 1937 gingen Sovjet-vrijwilligers met onder andere dit toestel meevechten aan Chinese zijde tegen de Japanse indringers in Mantsjoerije.
Ook kocht China een aantal I-16's en zette ze met succes in tegen de Japanse invasie. In 1939 werden de toestellen volop ingezet in Mongolië.
Tijdens de Duitse invasie in de Sovjet-Unie in juni 1941 was de I-16 het standaard jachtvliegtuig van de Sovjetluchtmacht en -marine. Het toestel bleef in volle actie tot ver in 1943.
Tijdens de oorlogen tussen Finland en de Sovjet-Unie maakte Finland twee toestellen buit, maar heeft ze nooit operationeel ingezet.
In 1941 was het toestel voor de Sovjets nog zeer belangrijk. De Sovjet-jagermacht bestond aan het begin van de Duitse invasie nog voor zo'n 65 % uit Polikarpov I-16 toestellen.
Het toestel is in veel varianten geleverd. In totaal werden er meer dan 13.500 toestellen in verschillende varianten geleverd. Hieronder vindt u een overzicht.

I-16 type 1:
De eerste productieserie kreeg een Shvetsov M-22 motor met een vermogen van 358 pk. Het was bewapend met twee 7,62 mm ShKAS mitrailleurs.
Twee exemplaren werden gebruikt voor een proef, waarbij het toestel werd gecombineerd met een Tupolev TB-3 bommenwerper. De jager kon zo meevliegen met de bommenwerper en wanneer het aangevallen werd boven het doel kon de jager loskoppelen en het gevecht aangaan.

Technische gegevens:

	Model:	Polikarpov I-16 type 1
	Taak:	jachtvliegtuig
	Motor:	Shvetsov M-22 met een vermogen van 480 pk
	Bemanning:	1
	Afmetingen:	Spanwijdte: 8,88 m Vleugeloppervlak: 14,87 m2 Lengte: 6,00 m Hoogte: 2,41 m
	Gewicht:	Max. Gewicht: 1340 kg
	Prestaties:	Max. snelheid: 360 km/u Kruissnelheid: km/u Plafond: 9000 m
	Bewapening:	twee 7,62 mm PV-1 mitrailleurs

I-16 type 4:
Dit type werd uitgerust met een Shvetsov M-25 motor. De standaardbewapening van twee 7,62 ShKAS machinegeweren kon worden aangevuld met 200 kg aan bommen.

I-16 type 5:
Dit was vooral een experimentele versie. De serieversie was gelijk aan het type 4, maar door het aanbrengen van bepantsering ter bescherming van de piloot was het gewicht toegenomen tot 1460 kg. Met deze versie werd geëxperimenteerd met bewapening en proeven zoals bij type 1 met een TB-3 bommenwerper.

I-16 type 6:
Deze versie was gelijk aan het type 5, maar uitgerust met een sterkere motor.
De Spaanse Republikeinen kregen in totaal 157 toestellen van het type 6, uitgerust met een Wright Cyclone F.54 motor met een vermogen van 775 pk.

Technische gegevens:

	Model:	Polikarpov I-16 type 6
	Taak:	jachtvliegtuig
	Motor:	Shvetsov M-25A met een vermogen van 730 pk
	Bemanning:	1
	Afmetingen:	Spanwijdte: 8,88 m Vleugeloppervlak: 14,87 m2 Lengte: 6,00 m Hoogte: 2,41 m
	Gewicht:	Leeggewicht: 1266 kg Max. Gewicht: 1600 kg
	Prestaties:	Max. snelheid: 450 km/u Kruissnelheid: 360 km/u Plafond: 9000 m Bereik: 810 km
	Bewapening:	twee 7,62 mm ShKAS mitrailleurs

I-16 type 10:
In de I-16 type 10 werden de ervaringen gecombineerd die waren opgedaan met de typen 5 en 6. De motor werd iets opgevoerd en aan de bewapening werden twee mitrailleurs toegevoegd. Dit type werd in zeer grote hoeveelheden gebouwd. Sommigen werden uitgevoerd met ski's en anderen kregen een Wright Cyclone R-1820-F-54 motor.
De Sovjet-Unie leverde totaal 136 toestellen van dit type aan de Spaanse Republikeinse luchtmacht.

Technische gegevens:

	Model:	Polikarpov I-16 type 10
	Taak:	jachtvliegtuig
	Motor:	Shvetsov M-25V met een vermogen van 775 pk
	Bemanning:	1
	Afmetingen:	Spanwijdte: 8,88 m Vleugeloppervlak: 14,87 m2 Lengte: 6,07 m Hoogte: 2,41 m
	Gewicht:	Leeggewicht: 1350 kg Max. Gewicht: 1716 kg
	Prestaties:	Max. snelheid: 464 km/u Kruissnelheid: 300 km/u Plafond: 9000 m Bereik: 795 km
	Bewapening:	vier 7,62 mm ShKAS mitrailleurs

I-16 type 17:
Ontwikkeld uit het type 10 en uitgevoerd met twee 7,62 mm ShKAS mitrailleurs en twee 20 mm ShVAK kanonnen.

I-16 type 18:
Ontwikkeld uit het type 10 met een nieuwe M-62 motor. Qua bewapening werd weer teruggevallen op de standaardbewapening met vier mitrailleurs

Technische gegevens:

	Model:	Polikarpov I-16 type 18
	Taak:	jachtvliegtuig
	Motor:	Shvetsov M-62R met een vermogen van 920 pk
	Bemanning:	1
	Afmetingen:	Spanwijdte: 9,18 m Lengte: 6.04 m Hoogte: 2,56 m
	Gewicht:	Leeggewicht: 1400 kg Max. Gewicht: 1831 kg
	Prestaties:	Max. snelheid: 463 km/u Plafond: 8998 m Bereik: 805 km
	Bewapening:	vier 7,62 mm ShKAS mitrailleurs

I-16 type 24:
Ontwikkeld uit het type 17, uitgerust met een M-25 motor ontstond het type 24. Al snel schakelde men echter voor dit type over op de nieuwere M-63 motor. De bewapening bestond standaard uit vier mitrailleurs, maar het type werd ook wel uitgerust met twee mitrailleurs en twee 20 mm kanonnen of met twee mitrailleurs van 12,7 mm. Voorts kon het toestel 200 kg bommen meevoeren of zes RS-82 raketten.

Technische gegevens:

	Model:	Polikarpov I-16 type 24
	Taak:	jachtvliegtuig
	Motor:	Shvetsov M-63 met een vermogen van 930 pk
	Bemanning:	1
	Afmetingen:	Spanwijdte: 8,88 m Vleugeloppervlak: 15,02 m2 Lengte: 6,13 m Hoogte: 2,57 m
	Gewicht:	Leeggewicht: 1475 kg Max. Gewicht: 2060 kg
	Prestaties:	Max. snelheid: 489 km/u Kruissnelheid: 297 km/u Plafond: 9470 m Bereik: 600 km
	Bewapening:	vier 7,62 mm ShKAS mitrailleurs en maximaal 200 kg aan bommen of raketten

UTI-4:
Voor de opleiding van piloten werden van het type 5, 6 en 10 exemplaren uitgevoerd met dubbele cockpit en dubbele bediening.