И И-4, и И-5, и И-6 проектировались под один и тот же мотор – Бристоль «Юпитер» (только разных модификаций). В СССР этот мотор в двух вариантах «Юпитер»VI (низковысотный) и «Юпитер»VII (высотный) поставляла французская фирма «Гном-Рон», строившая его по лицензии. Впоследствии несколько доработанный французскими конструкторами вариант «Юпитера»VI – Гном-Рон 9ASB (480 л.с.), будучи приспособлен к производству в Советском Союзе А. А. Бессоновым, строился советскими заводами под маркой М-22. В перспективе для И-5 параллельно с «Юпитером» рассматривались отечественные моторы М-15 и его модификация 2М-15, а также М-36, находившиеся тогда в разработке, – их тоже включили в техническое задание на И-5. Ни М-15, ни М-36 в срок готовы не были, а второй из них вообще не дошел до стадии серийного производства.
И-5, как и большинство истребителей того времени, являлся полуторапланом, т. е. бипланом, у которого нижнее крыло существенно короче верхнего (размах верхнего – 9,65-м, а нижнего – 7,02 м). Конструкция обоих крыльев была двух- лонжеронной. Деревянные коробчатые лонжероны склеивались казеиновым клеем. Более длинное верхнее крыло имело 20 нервюр, а более короткое нижнее – 15. Передняя кромка крыла обшивалась дюралем (на 150 мм), а дальше все крыло обтягивалось полотном, пропитанным аэролаком. Каркас центроплана был дюралевым. Верхнее крыло несло элероны и имело вырезы спереди и сзади для улучшения обзора. Аэродинамический профиль обоих крыльев был одинаков – «Гетгинген (Прандтль)-436». Между крыльями стояли И-образные стойки из дюралевых труб каплевидного сечения и такие же И-образные подкосы кабана.
Основой силовой конструкции фюзеляжа являлась четырехугольная пирамидальная рама, сваренная из стальных труб. Для увеличения жесткости она имела внутренние проволочные растяжки. На раму крепился каркас из легких дюралевых шпангоутов и стрингеров. Передняя часть фюзеляжа (до кабины пилота) имела металлическую обшивку из листов, прикрепленных к каркасу пружинными защелками и стальными булавками. Хвостовая часть обтягивалась полотном, пришнуроваиным к каркасу. Только в самом ее конце имелись съемные металлические панели, обеспечивавшие доступ к амортизатору костыля.
В самом носу фюзеляжа располагался двигатель (на первом опытном И-5 это был Гном-Рон «Юпитер»VII). Его закрывал капот сложной формы – у головки каждого цилиндра имелся индивидуальный обтекатель. Мотор вращал деревянный двухлопастный винт постоянного шага диаметром 2,9 м. Втулку винта закрывал большой кок, продолжавший линии капота. Запустить мотор можно было сжатым воздухом от баллона, стоявшего в пилотской кабине. На случай пожара имелся огнетушитель, подводы которого были сделаны к бензопомпе, карбюратору и его всасывающему патрубку. В следующем отсеке, отделенном противопожарной перегородкой, стоял бензобак на 165 л.
За баком располагалась открытая кабина летчика. От набегающего потока пилот был защищен только небольшим целлулоидным козырьком. Летчик сидел в кресле из гофрированного дюраля, в чашку которого укладывался парашют.
К концевой части фюзеляжа крепилось хвостовое оперение, имевшее дюралевый каркас и полотняную обшивку. Киль был смещен на 3,5 мм влево от оси самолета, чтобы компенсировать возникающий при работе винта момент инерции.
Шасси состояло из основных стоек с резиновыми амортизаторами, подкосов, расчалок и нс- разрезной оси. Спицы колес были прикрыты дисками. Задней опорой являлся костыль, также имевший амортизацию. Зимой колеса могли заменяться лыжами. На костыль при этом тоже надевалась маленькая лыжа.
Первый И-5 был вооружен двумя пулеметами ПВ-1 с синхронизатором ПУЛ-9. ПВ-1 представлял собой переделку станкового «Максима» для применения в авиации, осуществленную Л. В. Надашкевичем. Пулемет перевели с водяного на воздушное охлаждение и облегчили на 5,8 кг. Оригинальная конструкция пружинного буфера позволила увеличить его скорострельность с 600 выстр./мин до 750 выстр./мин, что было существенно выше, чем у английского авиационного пулемета «Виккерс» образца 1924 г., состоявшего тогда на вооружении ВВС РККА. Пулеметы стояли по бортам фюзеляжа ниже уровня оси самолета. Их стволы выходили в длинные прорези, тянувшиеся к носу машины. Замки пулеметов немного выступали за очертания фюзеляжа, и их закрывали металлические панели с вы штамповкам и. Боезапас каждого пулемета составлял 600 патронов. Для действий по наземным целям предусматривалось и бомбардировочное вооружение. Сначала (как и было сделано на первой опытной машине) предполагали, что две бомбы по 10 кг будут находиться в небольшом отсеке под сиденьем пилота. Позднее ввели два подкрыльных бомбодержателя Дер-5. Бомбы шли уже в перегрузочный вес.
