Конструкция УТ-1 повторяла предыдущие в основных чертах. Каркас фюзеляжа в виде фермы, сварной из мягких стальных труб с расчалками из проволоки; обшивка — полотно на легком фанерном и реечном каркасе, придававшем выпуклость граням. Крыло неразъемное, цельное, двухлонжеронное, деревянное, причем лонжероны сближались к его концам. Этот тип крыла перешел потом в истребитель Як-1. Каркас оперения и элеронов дуралюминовый, компенсации не было. Обшивка — везде полотно. Нормальная центровка самолета — 27 % САХ. Шасси пирамидальной схемы с резиновой пластинчатой амортизацией, очень прочное. Для проверки Ю.И.Пионтковский выполнил за один день 300 посадок, а потом — тысячу посадок за несколько дней.

Самолет проходил госиспытания в 1936 г., с двигателем М-11 в 100 л. с. Летные показатели были хорошие, но самолет был строг в пилотировании, так как предназначался для подготовки летчиков для еще более строгого истребителя И-16. В 1937 г. самолет был предъявлен повторно с двигателем М-11Г в 115 л. с. и доработками по замечаниям ВВС. Результаты получились положительные, и с этим двигателем самолет был запущен в серию. Позднее с двигателем М-11Е в 150 л. с. было достигнуто еще лучшее соответствие между размерами, массой и мощностью.

В 1937 г. самолет был поставлен на поплавковое шасси. 21 октября 1937 г. летчик Д.Н.Федосеев выполнил на нем дальний рекордный перелет Москва — Уфа (1174 км по прямой) — международный рекорд дальности. А еще раньше — 2 октября Ю.И.Пионтковский пролетел дистанцию в 100 км со скоростью 218 км/ч — тоже рекорд поплавкового самолета этого класса.

Самолет показывал рекордные достижения в руках летчиков высшей квалификации, но требовал самого внимательного к себе отношения, соответствующей подготовки летчиков. Но он и не предназначался для массового обучения летного состава. УТ-1 успешно использовался как переходный к И-16, как тренировочный для командиров, инструкторов и летчиков-истребителей и как спортивный.

На самолетах УТ-1 было установлено восемь международных рекордов скорости, дальности и высоты. В 1939 г. на УТ-1 была удлинена на 260 мм моторама, центровка самолета стала более передней, благодаря чему значительно улучшилась продольная устойчивость и упростилась техника пилотирования. Одновременно винтомоторная группа была приспособлена для перевернутого полета. Исключительно высокие пилотажно-акробатические качества УТ-1 оставались непревзойденными до 50-х годов и высоко оценивались летчиками — мастерами высшего пилотажа. На одном серийном экземпляре Л.И.Сутугин установил пулемет, двигатель М-12 и масляно-воздушную амортизацию взамен резиновой. Была небольшая серия их, но с М-11. Во время войны, в 1941 г., А.И.Волков — мастер по вооружению — установил на УТ-1 два пулемета ШКАС (по 200 патронов) под крылом у стоек шасси. Инженер К.А.Москатов вооружил УТ-1 двумя пулеметами ШКАС и снарядами РС.