Истребитель был модернизацией И-15 бис[1], где «бис» значит второй, а И-153, соответственно, — третья разновидность И-15.
Для увеличения скорости решено было установить более мощный двигатель, убираемое шасси, новый профиль крыла Clark-YH, закрытую кабину, внедрение которой снова отложили. Конструктор вернулся к верхнему крылу типа «чайка», как на И-15, которое по требованию ВВС заменили обычным на И-15 бис. Самолёт часто называли «Чайка», как И-15[1].
Создан в ОКБ Поликарпова в 1938 году. Сделали съёмным кислородное оборудование. Полностью обновили вооружение. Основное отличие — убираемые колеса (лыжи), позволили достичь скорости 430 км/ч[1]. Введена бронеспинка.
Во второй половине 1940 года началось переоборудование ранее выпущенных истребителей И-153 в штурмовики (с установкой направляющих для запуска РС-82).
Реализовать проект рассчитывали в течение полугода, однако постройка затянулась из-за загруженности завода № 1 производством серийного И-15 бис. В декабре 1938 года опытный образец отправили для испытаний в Баку. В серию самолет пошёл осенью 1939 года[1].
Из 64 самолетов, выпущенных в 1941 году, 23 сделали в феврале, 18 в марте, 1 в апреле и последние 22 — в июне.