Создатель И-16 выдающийся авиаконструктор Николай Николаевич Поликарпов прожил непростую жизнь и спроектировал несколько чрезвычайно удачных самолетов. Он стал одним из тех, кто возвел СССР в ранг ведущей авиационной державы. Сына священника не обошел своим вниманием зловещий НКВД. Конструктор был арестован за саботаж. Гробить несомненный талант в лагерях не решились даже чекисты. Поликарпов отбывал срок в «шарашке» — ЦКБ-39. Здесь вместе с таким же опальным авиаконструктором Дмитрием Григоровичем Поликарпов спроектировал истребитель И-5. В награду за создание удачного самолета Поликарпова и Григоровича освободили.
Излишняя централизация авиапромышленности, существовавшая в Советском Союзе в 30-е годы (вся наука — в ЦАГИ, все конструкторы — в ЦКБ), не позволила Поликарпову в полной мере реализовать свой талант.
Разработка и запуск в серийное производство В мае 1931 г. Н.Н. Поликарпов получил назначением на должность заместителя начальника бригады № 3 ЦКБ-ЦАГИ П.О. Сухого. Бригада занималась проектированием истребителя-моноплана И-14 с гофрированной металлической обшивкой и убирающимся шасси.
Поликарпов самостоятельно подготовил альтернативный проект самолета воздушного боя и сумел заинтересовать им командующего ВВС РККА Якова Алксниса. Алкснис добился назначения Поликарпова главой группы конструкторов и получил задание спроектировать истребитель-биплан. Чуть позже эта машина получил;! обозначение И-15.
Примерно тогда же, в 1932 г., Поликарпов сделал первые наброски будущего истребителя-моноплана. В январе 1933 г. произошло разукрупнение ЦАГИ и ЦКБ. В реорганизованном ЦКБ Поликарпов получил пост начальника бригады № 2,2-я бригада специализировалась на истребителях. Начальник бригады лично отслеживал состояние с проектированием И-16.
Работы велись параллельно с проектированием биплана И-15. ВВС начали проявлять заинтересованность только с мая 1933 г.
Облик самолета — низкоплан с фюзеляжем монококовой конструкции, убираемым шасси и полностью закрытой кабиной летчика — начал вырисовываться летом 1933 г. Рассматривались два способа капотирования двигателя — использование кольца Тауненда и капота НАСА. Продувки в аэродинамических трубах показали некоторое преимущество последнего.
Конструкторы настаивал на использовании на истребителе мотора семейства Райт «Циклон». Первые серийные «Циклоны» начали выпускать в США в 1925 г., к 1933 г. двигатель был значительно усовершенствован и все еще имел большой запас для модернизации. В СССР широко применялись моторы Райт «Уирлуинд», которыми оснащались в частности самолеты АНТ-9. Пока велись дискуссии, Алкснис предложил поставить на перспективный истребитель двигатель М-22. Даже учитывая явно недостаточную мощность этого мотора, с ним прототип мог достигнуть скорости 300 км/ч на высоте 5000 м.