Центральный совет Осоавиахима и Авиационное научно-техническое общество (Авиавнито) совместно объявили в 1934 году конкурс на лучший учебно-спортивный самолёт. Из многих представленных проектов лучшим был признан двухместный биплан, разработанный авиаконструктором В. В. Никитиным. По схеме самолёт почти повторял широко известный в то время У-2. Однако меньшие общие размеры (площадь крыльев составляла 25,53 м2, то есть 3/4 площади крыльев У-2) и несколько лучшая аэродинамика обещали при том же серийном двигателе М-11 более широкий диапазон использования самолёта. Он мог быть не только учебным, но также и тренировочным, переходным на боевые самолёты.

Конкурсная комиссия рекомендовала построить по проекту опытный экземпляр самолёта. В 1937 году первая машина, названная У-5, прошла испытания, которые подтвердили расчеты конструктора. Самолёт показал скорость 181 км/час, потолок — 3750 м и хорошую маневренность.

У-5 строился серийно в основном варианте с двигателями М-11 в 100 л.с., а также с М-11 Г в 120 л.с. и с МГ-11Ф в 165—180 л.с. С двигателем МГ-11Ф самолёт показал скорость 205 км/час, потолок — 4500 м. Взлётный вес У-5 — 974 кг, вес пустого — 700 кг.

На самолётах У-5, которые применялись как переходные, устанавливался неподвижный пулемёт для стрельбы вперед и подвешивались четыре реактивных снаряда. Это позволяло лётчикам одновременно с отработкой техники пилотирования приобретать навыки воздушной стрельбы.