Konstrukcyjnie J-16 oparty był na płatowcu J-11BS, dwumiejscowej wersji J-11, będącej z kolei kopią rosyjskiego Su-27. Do oblotu prototypu nowego samolotu doszło prawdopodobnie w 2011 roku. W ciągu kolejnych lat, do badań i prób dołączyły kolejne prototypy. Samolot, podobnie jak jego rosyjski odpowiednik, wyposażony został w system pobierania paliwa w locie. Wymusiło to zmodernizowanie przodu samolotu, przeniesienie wyposażenia elektronicznego na prawą stronę w celu wygospodarowania miejsca na sondę do tankowania w powietrzu. Samoloty seryjne mają być wyposażone w nowe radiolokatory z szykiem fazowym z anteną z aktywnym skanowaniem elektronicznym. Prace nad takim radiolokatorem trwają w Instytucie 607. Seryjne wersje prawdopodobnie napędzane będą jednym z wariantów silnika FWS-10. Maszyna ma przenosić szeroki, jak na chińskie warunki, wachlarz uzbrojenia. Mają to być rodzimej konstrukcji pociski rakietowe klasy powietrze-powietrze dalekiego zasięgu PL-15, średniego zasięgu PL-12, bliskiego zasięg PL-10, klasy powietrze-ziemia KD-88, naprowadzane bomby i uzbrojenie strzeleckie w postaci pojedynczego działka GSz-30-1 kalibru 30 mm. Od 2013 roku trwają próby w locie dwóch prototypowych maszyn w ośrodku badawczym Chinese Flight Test Establishment (CFTE), zlokalizowanym w bazie Yanliang.