Конструкция самолёта У-2 - деревянная, из сосны и фанеры, с полотняной обшивкой, узлы из мягкой стали. Стойки коробки крыльев - первоначально дюралюминиевые трубы каплевидного сечения, в дальнейшем - стальные круглые трубы с примотанными лентой на клее деревянными обтекателями.

Фюзеляж - с фанерной передней частью и расчалочной хвостовой. Верхняя грань хвостовой части фюзеляжа для удобства осмотра закрыта съёмным гаргротом из 1-мм фанеры.

Моторама на ранних сериях - в виде кольца, штампованного из 4-мм дюралюминия, стержни моторамы - стальные трубы с точёными вильчатыми наконечниками. С 1931 г. заменена цельносварной из стальных труб по образцу самолёта Ш-2.

Крылья - двухлонжеронные, профиль - ЦАГИ-541 с относительной толщиной 8,1%, с прямой нижней образующей. Лонжероны - коробчатые, нервюры - с фанерной стенкой и рейками-полками без пазов, прикреплёнными к фанере одним боком на клее и гвоздях. Клей использовался только казеиновый.

Стабилизатор - двухлонжеронный, с изменяемым на земле углом установки. Изменение угла установки стабилизатора осуществлялось путём перестановки заднего вильчатого болта на гребёнке лонжерона киля. Подкосы стабилизатора - стальные каплевидные трубы с регулировкой длины. Все обода крыльев и оперения - дюралюминиевые.

Шасси состоит из передних и задних подкосов, пары ленточных расчалок и оси. Задние подкосы - амортизационные из телескопических труб с траверсами, на которые намотан 13-мм резиновый шнур (по 16 м на каждый подкос). Колёса - спицевые 700 х 120 мм, бестормозные (на поздних сериях По-2 - 1950-х годов выпуска - тормоза стали устанавливаться). Костыль - ясеневый, ориентирующийся и управляемый вместе с рулём направления через витые пружины. Для эксплуатации самолёта зимой с заснеженных ВПП вместо колёс могли устанавливаться лыжи: главные - 2200 х 334 мм, хвостовая - 500 х 204 мм.

Проводка управления - тросовая, на прямых участках - проволочная.