1932年，由N.N.Polikarpov开始设计的一种高机动性双翼战斗机。由I-5/I-6的设计经验发展而来。初期型号的上机翼为鸥式布置，以便给飞行员提供较好的视野；起落架为固定式；外形比较简洁，某些型号在机轮上还增加了整流罩。飞机的前部机身是铝蒙皮，其余部分为布蒙皮；碟型刹车装置。试飞时装Wright-旋风-SGR-1820 F-3发动机(630/715hp),有两挺带同步射击装置的PV-1机枪。
1933年10月-11月，著名的苏联飞行员V.P.Chikalov对该机的样机进行试飞，随后进入批量生产。
早期的I-15由于苏联按特许生产的旋风发动机(苏联型号M-25)不能按期交货，1934-1935年生产的大部分I-15装M-22发动机，称为I-15 M-22。M-25和M-22发动机功率相差较大，M-25 630/715hp,M-22 480hp,因而最大速度略有下降(368KM/H---350KM/H),升限则从9800M下降至7250M。直到1936年，生产的I-15才全部装用M-25发动机，称为I-15 M-25。早期各型一共生产674架，并逐步成为苏联空军的主要战斗机之一。
对于是否应当采用鸥式机翼，当时曾有激烈的争论，以至1937年生产的I-152取消鸥式机翼而改为平直机翼。在安装了改进型的775hp M-25V发动机后，飞机性能并无多大改进。I-152一共生产了2408架，曾广泛地在西班牙内战和中国抗日战争初期使用。
1936年7月18日，西班牙内战爆发。苏联向共和军方面提供了飞机684架，其中就有部分I-15、I-152。同时苏联还以志愿人员的名义向西班牙派遣了空军人员参加作战，为苏联空军获得了大量的实战经验。就飞机性能来说，I-15是当时参战的双翼战斗机中性能最优越的，和叛军‘秃鹰军团”使用的Bf-109的初期型比较起来，在格斗时还在机动性上略占优势。
1937年8月21日，中国和苏联签订了互不侵犯条约，苏联向中国提供军事援助贷款。从1937年10月到1939年9月，苏联向中国空军援助了985架飞机，其中I-15(主要是I-152)347架。援华的苏联空军志愿队的编成中也有部分I-152或-153。在抗日战争初期的空战中I-15系列和日军的早期战斗机性能不相上下，在抗击轰炸机方面还卓有成效。但是在日军“零”式战斗机在中国战场出现后，I-15落后明显，完全不是“零”式的对手，在空战和事故中逐渐消耗殆尽。
 西班牙战争后，苏联空军领导机关错误地认为：在未来战争中性能更好的双翼战斗机仍然占有重要地位。所以，进一步发展了I-153型战斗机。I-153装用Shvetsov M62R发动机(1000hp),起落架可以收放，按苏联中央流体力学研究所的试验结果，将机翼又改回鸥式布置，飞机性能有较大幅度的提高，生产3437架。I-152/I-153参加了1938年的哈桑湖和1939年的哈勒欣河战役，对当时日军的飞机形成性能优势。
 1941年卫国战争爆发后，苏联空军编成中的I-153在性能远逊于德国空军战斗机的情况下坚持战斗到1943年。不过，I-153已经不能和德军战斗机缠斗，主要是用机载的6枚RS-82/RS-132火箭，远距离对德军飞机进行攻击。
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