El apodo que le dieron los finlandeses al I-16 fue Siipiorava («ardilla voladora»).

Como compañero monoplano y más veloz del lento, pero ágil, biplano I-15, Polikárpov ideó el I-16.

Con su diseño se inició en los años 1933-34 una nueva etapa en la construcción aeronáutica: la sustitución del biplano atirantado y alambrado, con tren de aterrizaje fijo, por el veloz monoplano cantilever de tren retráctil.

Siendo los ensayos de los prototipos particularmente satisfactorios, ese mismo año 1934 se inició la fabricación en serie del I-16, para el que se produjo el motor Shvetsov M-25 (versión rusa del Cyclone).

Monoplano en voladizo de líneas aerodinámicas, el I-16 tenía una estructura construida en madera y metal.

El fuselaje, de sección circular en sus dos extremos y ovoidal en las partes intermedias, estaba construido en dos mitades divididas verticalmente, comprendiendo cada mitad cuatro largueros y once semicuadernas de pino; el conjunto estaba revestido por láminas encoladas de abedul, en bandas diagonales, a excepción del motor, cuyo carenado era metálico.

Las primeras versiones contaban con un patín de cola que, en las finales, fue sustituido por una pequeña rueda.

Fue empleado en gran número hasta 1942, puesto que al producirse el ataque alemán a la URSS, los nuevos modelos de cazas soviéticos no estaban en servicio en cantidad suficiente.

Aparte de sus actividades en la Unión Soviética y en España, este avión combatió contra los japoneses bajo pabellón chino.

Así, se suministraron I-16 de diversas variantes a China, incluyendo biplazas UTI, junto con pilotos voluntarios y asesores.

Los I-16 combatieron en China hasta 1943 al menos, en términos de igualdad con respecto a los Mitsubishi A5M y Nakajima Ki-27 (y con abrumadora superioridad sobre los restantes tipos japoneses), hasta la aparición del Mitsubishi A6M Zero en 1940.

Dicho grupo, normalmente constituido por seis escuadrillas, ampliadas a siete durante la batalla del Ebro, englobaba personal soviético, español y procedente de las Brigadas Internacionales.

[7]​ Finalizada la guerra fueron recuperados en estado de vuelo 22 “Mosca” que, designados 1W ( y más tarde C.8) por el Ejército del Aire, pasaron a constituir el Grupo n.º 26 dentro del Regimiento de Caza n.º 22.