Самолёт, разработанный Н.Н. Поликарповым как дальнейшее развитие истребителя И-15.

По сравнению с И-15 верхнее крыло этого истребителя было прямым (без "чайки"). Конструкторы улучшили капотирование мотора и усилили конструкцию самолета. И-15бис оснащался более мощным и высотным мотором М-25В и имел более сильное вооружение.

Форсированный двигатель М-25В развивал мощность 750-775 л.с. на высоте 2900 м. Двигатель - с металлическим воздушным винтом постоянного шага диаметром 2,8 м. Ширина лопастей 217 мм, на более поздних сериях - 250 мм. Втулка воздушного винта прикрыта коком диаметром 640 мм. Моторную установка оборудовали радиатором охлаждения масла. Кольцо "Тауненда", прикрывающее головки цилиндров двигателя, заменили на капот типа NACA. Ступицу воздушного винта прикрыли коком.

Самолет имел нормальный верхний центроплан бипланного типа без "чайки". Размах верхнего крыла увеличен до 10200 мм, несущая площадь увеличена до 22,3 кв.м. в связи с возросшим полетным весом и стремлением обеспечить прежнюю нагрузку на крыло.

Всего было произведено более 2400 самолетов данного типа.

В составе ВВС Черноморского флота к началу войны имелось 320 И-153 и И-15бис. Эти истребители активно участвовали в боях на начальном этапе Великой Отечественной войны.