Авиаконструктор. Доктор технических наук (1940). Герой Социалистического Труда (1940).
Родился 26 июня (8 июля) 1892 в слободе Георгиевская, ныне Ливенский район Орловской области. По окончании Петроградского политехнического института и курсов авиации и воздухоплавания при нём (1916) работал на Русско-Балтийском заводе (Петроград), где участвовал в постройке самолёта «Илья Муромец».
С 1918 в Москве руководил разработкой и постройкой самолётов различных типов. В 1923 создал первый отечественный истребитель И–1 (ИЛ–400), в 1928 — истребитель И–3 и учебный самолёт У–2 (По–2), который в различных модификациях выпускался крупными сериями до 195З. По-2 и разведчик Р-5 (1929) отмечались призами на международных авиационных выставках (1930 и 1936).
Был необоснованно репрессирован и в 1929—31 находился в заключении, работал в ЦКБ–29 ОГПУ. В 1933—38 руководил созданием истребителей И–15, И–16 и И–153 «Чайка», которые составили основу советской истребительной авиации в предвоенные годы.
В 1938—44 разработал ряд опытных военных самолётов. Был Главным конструктором ряда авиазаводов — № 156, № 1, № 51. Всего Поликарповым было разработано свыше 80 самолётов различных типов.
На его самолётах совершён ряд дальних перелётов, установлен мировой рекорд высоты. Одним из первых расчленил проектирование самолётов на специализированные разделы. С 1943 профессор и заведующий кафедрой Московского авиационного института. Депутат Верховного Совета 1-го созыва. Государственная премия СССР (1941, 1943). Награждён 2 орденами Ленина и орденом Красной Звезды.
Скончался 30 июля 1944 в Москве.