Верхнее и нижнее крыло имели профиль Кларк YH и были сходны по своей конструкции. Основу силового набора консолей составляли два деревянных коробчатых лонжерона и набор деревянных же нервюр. Носок крыла до переднего лонжерона обшивался березовой фанерой. Первоначально такая обшивка устанавливалась только в корневых частях крыльев, а с 4-й серии ее продолжили до самых законцовок. Передние кромки после обклейки хлопчатобумажным полотном на аэролаке и окраски полировались. Вся остальная часть консолей обтягивалась полотном прямо поверх каркаса.
Центроплан верхнего крыла имел в основе кабан из двух рам, сваренных из труб легированной стали (хромансиль), нижнего крыла – каркас из алюминиевых сплавов. Оба центроплана и зализы на стыке крыла с фюзеляжем обшивались листами из сплава Д1.
Элероны верхнего крыла имели набор из сплава Д6 и полотняную обтяжку. На элеронах справа и слева располагались флеттнеры – металлические пластинки, которые можно было отогнуть на необходимый угол (т.е. регулируемые на земле триммеры).
Верхнее и нижнее крылья соединялись межкрыльными стойками. Последние представляли собой конструкцию из профилей, заключенную в дюралевый обтекатель. На правой стойке устанавливалась трубка приемника воздушного давления. В стойку она входила через специальный зализ. Для увеличения жесткости коробка крыльев стягивалась лентами-расчалками. На И-153 их было 8 (на И-15 бис – 10): две спаренные спереди и две, идущие накрест сзади, с каждой стороны. До сентября 1939 г. лент было вообще только б: спаренные передние расчалки ввели после неоднократных жалоб из войсковых частей на систематические обрывы лент. Перекрещивающиеся ленты соединялись каплевидными деревянными уточками. Крепления расчалок в отличие от И-15 бис утапливались в фюзеляж, улучшая аэродинамику.
Главным силовым элементом фюзеляжа являлась сварная стальная ферма. Поверх этой фермы были одеты легкие дюралевые шпангоуты L-образного сечения, к которым приклепывались такого же профиля стрингеры. В носовой части на мотораме (тоже сваренной из труб)стоял двигатель, заключенный в удлиненный капот типа NACA. Капот состоял из трех частей, стянутых замками, внутренним тросом и наружной стальной лентой. Он несколько расширялся вперед, имея заметную коническую форму. Спереди двигатель был прикрыт щитком с жалюзи, позволявшими регулировать охлаждение. За мотором располагались маслобак (емкостью 30 л, у машин поздних серий – 40 л), бензонасос и другие агрегаты. В верхней части капота находился воздухозаборник маслорадиатора. Нагретый воздух выходил из радиатора через патрубок слева в нижней секции капота.
