Die I-16 flog erstmals 1933 und sollte möglichst so wendig wie der Doppeldecker I-15 aber schneller sein. Ursprünglich war die Maschine mit einer geschlossenen Kabinenhaube vorgesehen. Allerdings weigerten sich die Piloten in einem geschlossenen Cockpit zu fliegen, da sie Angst hatten, im Notfall nicht schnell genug heraus zu können.
Die I-16 war anfangs des spanischen Bürgerkrieges all ihren Gegnern überlegen. Mit Auftauchen der ersten Bf. 109 wendete sich das Blatt.
Grundsätzlich war die Maschine nicht schlecht. Sie war viel wendiger als die 109 und gegenüber anderer Jäger ausreichend schnell. Doch war sie extrem schwer zu fliegen. Ihre Wendigkeit hatte sie aufgrund ihrer kleinen Spannweite, des kurzen Rumpfes und der große Ruder. Allerdings neigte sie extrem zum Trudeln und was schwer zu landen, was vielen Piloten zum Verhängnis wurde. Unter den russischen Piloten hieß es daher „Wer eine Mosca fliegen kann, kann alles fliegen!“.