Có một số sự bất đồng trong các tài liệu về tính năng của các biến thể I-16 cụ thể. Danh sách dưới đây dự vào các nguồn tham khảo.[5][6][7]

Polikarpov UTI-4, phiên bản huấn luyện 2 chỗ của I-16, năm 1941.Polikarpov I-16 tại EAA AirVenture Oshkosh 2003TsKB-12Mẫu thử đầu tiên, động cơ M-22, 336 kW (450 hp), trang bị 2 súng máy ShKAS ở cánh với 900 viên mỗi khẩu.TsKB-12bisMẫu thử thứ hai, lắp động cơ Wright SGR-1820-F-3 Cyclone 533 kW (715 hp)TsKB-12P (I-16P)Mẫu thử lắp pháo ShVAK ở cánh, 150 viên mỗi khẩu.TsKB-18Mẫu thử cường kích với động cơ M-22 và buồng lái bọc thép. Trang bị 4 khẩu ShKAS hoặc súng máy PV-1 và 100 kg (220 lb) bom.TsKB-29 (SPB)Cánh tà và càng đáp vận hành bằng khí nén, lắp động cơ Wright Cyclone, trang bị 2 khẩu súng máy ShKAS, sử dụng làm máy bay ném bom bổ nhào trong đề án ZvenoI-16 Type 1Phiên bản sản xuất loạt đầu, lắp động cơ M-22 công suất 358 kW (480 hp).I-16 Type 4Phiên bản sản xuất chính thức, lắp động cơ M-22.I-16 Type 5Type 4 với động cơ Shvetsov M-25 công suất 522 kW (700 hp).I-16 Type 6Lắp động cơ M-25A 545 kW (730 hp).I-16 Type 10Trang bị 4 khẩu ShKAS, lắp động cơ M-25B 560 kW (750 hp). Máy bay do Hispano-Suiza chế tạo trang bị động cơ Wright Cyclone R-1820-F-54.I-16 Type 17Type 10 với 2 khẩu súng máy ShKAS à 2 khẩu pháo ShVAK, lắp động cơ M-25V 560 kW (750 hp).I-16 Type 18Type 10 với động cơ Shvetsov M-62 620 kW (830 hp), có thể mang 2 thùng nhiên liệu 100 l (26 US gal) dưới cánh.I-16 Type 20Lắp 4 khẩu ShKAS, phiên bản đầu tiên có thể mang thùng nhiên liệu dưới cánh.I-16 Type 24Lắp 4 khẩu ShKAS, lắp động cơ Shvetsov M-63 670 kW (900 hp).I-16 Type 27Type 17 với động cơ M-62.I-16 Type 28Type 24 với 2 khẩu ShKAS 7.62 mm và 2 khẩu ShVAK 20 mm cannonI-16 Type 292 khẩu ShKAS và 1 khẩu 12.7 mm (0.50 in) UBS. Mang được 4-6 quả rocket RS-82.I-16 Type 30Tái trang bị năm 1941-42, lắp động cơ M-63.I-16TKType 10 với bộ tăng áp để tăng khả năng bay cao, đạt vận tốc 494 km/h (307 mph) tại độ cao 8.600 m (28.200 ft), không đưa vào sản xuất.UTI-1Phiên bản huấn luyện 2 chỗ của Type 1.UTI-2UTI-1 cải tiến với càng đáp cố định.UTI-4 (I-16UTI)Phiên bản huấn luyện 2 chỗ của Type 5, hầu hết có càng đáp cố định.