蘇聯(lián)第一種懸臂式下單翼，可收放起落架的戰(zhàn)斗機(jī)。原型機(jī)TsKB-12于1933年由波利卡波夫開(kāi)始設(shè)計(jì)。初期，飛機(jī)裝M-22發(fā)動(dòng)機(jī)(Wright-Cyclone SGR 1820)。飛機(jī)試飛后，波利卡波夫認(rèn)為M-22發(fā)動(dòng)機(jī)功率偏小，決定換裝 M-25發(fā)動(dòng)機(jī)(Wright-Cyclone SGR 1820 F3)，即改型為TsKB-12bis型。在12bis接近設(shè)計(jì)完成時(shí)，蘇共中央決定以I-16-4型的編號(hào)投入批量生產(chǎn)。由于M-25發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)一直未能正常，所以前期的I-16-4有一些裝美國(guó)的1820 F3發(fā)動(dòng)機(jī)或以M-22發(fā)動(dòng)機(jī)臨時(shí)代替。1934年2月18日由著名飛行員V.P.Chkalov進(jìn)行試飛。1935年4型在紅場(chǎng)紀(jì)念五一國(guó)際勞動(dòng)節(jié)的群眾集會(huì)上首次露面，編隊(duì)飛過(guò)紅場(chǎng)上空。隨后，4型生產(chǎn)了約400架，開(kāi)始裝備部隊(duì)。 1935年7月，裝M-25發(fā)動(dòng)機(jī)和ShKAS機(jī)槍的5型開(kāi)始生產(chǎn)，產(chǎn)量約1500架。在1935-1937年間5型是當(dāng)時(shí)世界上飛得最快的戰(zhàn)斗機(jī)，在西班牙內(nèi)戰(zhàn)時(shí)性能明顯優(yōu)于叛軍的Fiat CR-12雙翼戰(zhàn)斗機(jī)。到1941年6月22日衛(wèi)國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始時(shí)，蘇軍第一線作戰(zhàn)飛機(jī)中還有大量5型。和5型同時(shí)生產(chǎn)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(shù)：
本機(jī)擁有機(jī)身粗短的低單翼木質(zhì)硬殼結(jié)構(gòu)，一律使用一具九汽缸星形氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)只是簡(jiǎn)單地罩著加強(qiáng)防護(hù)但沒(méi)有減阻措施，使用開(kāi)放式座艙和收放式后三點(diǎn)起落架，設(shè)有兩葉式變距螺旋槳，并首創(chuàng)了裝甲座艙。
尺寸:翼展9米，機(jī)長(zhǎng)6.1米，高2.6米，翼面積14.50平方米，空機(jī)重1350公斤，滿載重1715公斤。
雖然本機(jī)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?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)步，使得各亞型號(hào)的性能和武裝區(qū)別很大。
