За время широкой эксплуатации самолет У-2 (По-2) был выпущен, кроме учебного, и в многочисленных вариантах для различных применений. Это сельскохозяйственные варианты (У-2АП - "АП" означало "аэропыл"), санитарные варианты (С-1, С-2), пассажирский самолёт на два пассажирских места - первоначально У-2СП с тремя кабинами (на пилота и двух пассажиров) и разные варианты У-2 с индексом Л - "лимузин". Имелись поплавковые варианты У-2.

Многочисленны были военные варианты У-2. Он применялся в качестве штабного, связного (У-2ШС), лёгкого ночного бомбардировщика (У-2ВС), ночного артиллерийского корректировщика и разведчика (У-2 НАК).

Большой потенциал развития, заложенный в У-2, позволил применять его в вариантах, в которых полётная масса его существенно превышала таковую У-2 учебного (У-2ВС брал на борт до 350 кг бомб, взлётный вес его достигал 1400 кг; санитарный вариант У-2 эксплуатировался во время Великой Отечественной войны в варианте пятиместном, причём двух носилочных раненых перевозили в двух специально для того устанавливаемых гондолах на крыльях).