Серия I стала первым типом подводных лодок, разработанных для советского флота после Октябрьской революции. Их создание было утверждено в морской программе 1926 года. Для разработки проекта было создано КБ «Техбюро № 4 Балтийского завода», под руководством инженера-кораблестроителя Бориса Михайловича Малинина.
В 1925 году Б. М. Малинин приобрел в Италии чертежи с деталировкой заложенной 12 января того же года на одной из верфей большой (для того времени) итальянской субмарины «Балилла». Проект переправили в Россию для «доработки» и последующей реализации
На Д-1 и Д-2 были установлены дизельные двигатели фирмы MAN, закупленные в Германии под видом тепловозных дизелей, остальные корабли оснащались советскими аналогами — дизелями Коломенского завода модели 42-Б-6. Также, за рубежом были закуплены фрикционные муфты, главные осушительные насосы, воздуходувки и другое оборудование.