Самолет И-5 (ВТ-11) имел смешанную конструкцию: часть узлов - металлическая, часть - деревянная. Каркас фюзеляжа был сварен из стальных труб переменного сечения и представлял собой четырехгранную ферму. Для улучшения обтекаемости машины на трубчатую основу каркаса приклепывали внешний каркас из дюралюминиевых профилей. В носовой части фюзеляжа устанавливались поддерживающие стрингеры и шпангоуты из стальных трубок.

Передняя часть фюзеляжа до середины кабины закрывалась легкосъемными дюралюминиевыми капотами толщиной 0,5-0,8 мм, которые крепились пружинными защелками и стальными булавками. Остальная часть фюзеляжа обшивалась полотном, пришнурованным к каркасу шпагатом.

Последний отсек фюзеляжа под хвостовым оперением имел съемные дюралюминиевые обтекатели для осмотра амортизатора костыля. Сиденье пилота с чашкой под парашют - из гофрированного дюралюминия. На первых машинах отсутствовал гаргрот, но позже его установили на всех самолетах, в том числе и на опытных.

Бипланная коробка имела площадь несущей поверхности 21,3 м2. Верхнее крыло состояло из центроплана и двух отъемных консолей. Дюралюминиевый центроплан соединялся с фюзеляжем И-образными стойками из профилированных дюралюминиевых труб. Консоли обоих крыльев были деревянными. Их носки до переднего лонжерона обшивались фанерой, так же как и верх корневых частей нижних плоскостей между лонжеронами. Профиль крыльев - "геттинген" No. 436. Каркасы хвостового оперения, рулей и элеронов - дюралюминиевые, обшивка - полотно.

Шасси самолета оснащалось амортизаторами из 16 резиновых шайб толщиной по 20 мм каждая. Пневматики колес применялись двух типов - 750X125 мм и 760x100 мм. На самолетах первых серий костыль был неуправляемым, поэтому И-5 имел тенденцию к развороту в конце пробега. После нескольких аварий шасси доработали - уменьшили его высоту, а костыль соединили с рулем направления, сделав его таким образом управляемым.

На И-5 устанавливались двигатели "Юпитер-VI" либо М-22 мощностью 480 л. с. На машинах первых серий капоты делались для каждого из цилиндров. Воздушный винт - деревянный, концы лопастей оковывались латунью. Шаг винта 2,1 м, Ø2,9 м. Втулка винта закрывалась обтекателем-коком. Позднее головки цилиндров стали закрывать кольцевым капотом Тауненда, а спереди устанавливали лобовой капот с жалюзи. Воздушный винт Ø2,7 м стал дюралюминиевым с полированными лопастями. Шаг регулировался на земле - его лопасти имели два фиксированных положения. Кока на втулке такого винта не было.

Вооружение состояло из двух пулеметов ПВ-1 калибра 7,62 мм. Боезапас - по 600 патронов на пулемет. Конструкция истребителя позволяла устанавливать еще два таких же пулемета, либо подвешивать две бомбы по 10 кг каждая.

Двигательная установка - мотор М-22 с кольцом Тауненда - была настолько удачной, что практически стала эталонной: ее использовали многие авиаконструкторы того времени. 

Модификации:

И-5 — Серийный истребитель с двигателем М-22.

ВТ-11 (Внутренняя тюрьма — 11) - Самолёт оснащался двигателем Бристоль Юпитер VII (высотный).

«Клим Ворошилов» - устанавливался двигатель Юпитер VI (невысотный).

«Подарок XVI партсъезду» - был установлен советский высотный двигатель «мотор пятнадцатый» М-15 (2-М15). Авиадвигатель представлял собой глубокую модификацию американского двигателя Pratt & Whitney R-1690 Hornet. Третий самолёт отличался от первых двух капотом двигателя, полностью закрывавшим цилиндры двигателя. Прототипы не имели обтекателей колёс, которыми позже оснащались серийные машины.

И-5 УТИ-1 - учебный, кабина пилота сдвинута вперед и за ней установлено второе сидение с управлением для дублера. Был переделан из обычного серийного самолёта в учебный двухместный.

И-5 бис - улучшенный вариант И-5. Не прошел испытаний, однако некоторые из предложенных в конструкции улучшений, были внедрены на уже построенных И-5 без изменения в наименовании самолёта.