В 1945 году Яковлев, чтобы построить реактивный истребитель в кратчайшие сроки, решил адаптировать базовый планер Як-3 под один из немецких двигателей. Он выбрал двигатель Junkers Jumo 004B с осевым потоком (российское обозначение РД-10), тяга которого составляла 850 кгс.
Як-15, как его стали называть, сохранил крылья цельнометаллического Як-3У, хвостовое колесо шасси, а также хвостовое оперение и заднюю часть фюзеляжа. Переднюю часть фюзеляжа пришлось полностью переработать, а основные лонжероны усилить; лонжерон центральной секции крыла пришлось модифицировать, чтобы разместить в носовой части турбореактивный двигатель, выхлопные газы которого выходили под кабиной пилота.
В процессе разработки Як-15 был преобразован из низкоплана в среднеплан. Среди других модификаций, которые стали необходимыми, была замена хвостового колеса на цельнометаллический ролик, защищённый металлическим экраном, чтобы его не сожгло; выхлопные газы реактивного двигателя также обжигали нижнюю часть фюзеляжа, которую пришлось обшить термостойкой сталью.
Шасси с хвостовым колесом оказалось неудовлетворительным в эксплуатации, и после первой партии самолётов шасси было перепроектировано. Вместо хвостового колеса было установлено носовое колесо, и в результате изменения баланса основные колёса стали убираться в пространство между лонжеронами крыла, а не вперёд, как раньше. Из-за тесного расположения капота двигателя носовое колесо пришлось убрать в выпуклый корпус под воздухозаборником. Эта версия, получившая обозначение Як-15У, прошла государственные испытания в августе 1947 года.
Также было необходимо снизить вес конструкции из-за большей массы двигателя РД-10 (750 кг против 600 кг у ВК-107). В какой-то степени это было достигнуто за счёт уменьшения вооружения с одной пушки и двух крупнокалиберных пулемётов весом 85 кг до двух 23-мм пушек NS-23 весом 74 кг , а также за счёт уменьшения запаса топлива. Дальнейшая экономия была достигнута за счёт отказа от радиатора и других вспомогательных элементов поршневого двигателя. Несмотря на увеличение веса конструкции более чем на 200 кг, взлётная масса Як-15 была практически такой же, как у Як-3У.
Однако базовая конструкция планера изначально была рассчитана на истребитель с поршневым двигателем, и необходимо было ограничить допустимую максимальную скорость. На высоте 3200 м это было 700 км/ч или 0,68 Маха, но на высоте 4100 м это фактически равнялось максимально возможной скорости самолёта — 786 км/ч.
Среди преимуществ Як-15 перед конкурентами было то, что с точки зрения пилота он был похож на Як-3 (кабина и оборудование были максимально схожими), а также то, что его можно было гораздо быстрее запустить в серийное производство.
Прототип Як-15 впервые был представлен публике на Дне советской авиации в 1946 году. В своей автобиографии Яковлев рассказывает, как его попросили подготовить двенадцать самолётов к параду в честь Дня Октябрьской революции 1946 года; было воспроизведено двадцать комплектов чертежей и введена система поощрений. Первый предсерийный самолёт был построен за четыре недели; второй был завершён 5 октября 1946 года, а последний из предсерийной партии — 21 октября. Но они не участвовали в параде в честь Дня Октябрьской революции 1946 года, потому что в тот день из-за тумана все самолёты не смогли подняться в воздух. На следующем показе в Тушино группа ВВС под руководством полковника Акуленко продемонстрировала высший пилотаж на трёх Як-15.
Як-15 был примечателен по нескольким причинам: несмотря на то, что это была ничем не примечательная модификация поршневого истребителя, по своей компоновке он стал прототипом ещё двух истребителей Яковлева и, возможно, также серии экспериментальных реактивных истребителей Ла-152.
Кроме того, это был самый лёгкий из когда-либо эксплуатировавшихся турбореактивных истребителей, его взлётная масса составляла всего 2640 кг. Ольга Николаевна Ямщикова, командир 586-го истребительного авиаполка в годы войны, стала первой женщиной, поднявшейся в воздух на реактивном самолёте, когда в 1947 году присоединилась к испытательной группе Як-15.
Считается, что в период с октября 1946 по март 1948 года было построено около 400 самолётов Як-15, после чего их заменили на Як-17. Хотя Як-15 был продемонстрирован польским военно-воздушным силам в Варшаве 22 июля 1949 года, он использовался только в советских военно-воздушных силах. Як-15 обычно окрашивали в оливково-зелёный цвет или в камуфляжную окраску с глянцевым покрытием.