Начало работ над первым советским цельнометаллическим самолетом АНТ-2 относится к 1923 году. Самолет был построен в АГОСе – отделе авиации, гидроавиации и опытного строительства ЦАГИ – на первом и третьем этажах дома номер 16 по улице Радио. Самолет представлял собой моноплан с высокорасположенным крылом, фюзеляж которого отличался необычным треугольным сечением: такое техническое решение оказалось весьма удачным, поскольку обеспечивало дополнительную прочность и жесткость конструкции, позволяло избежать установки фюзеляжных подкосов, обеспечивающих форму, а также обладало рядом преимуществ с точки зрения аэродинамики, так как исключало образование вихревого сопротивления в зоне под хвостовой частью фюзеляжа. Сам фюзеляж делился на три отсека: передний отсек обеспечивал хороший доступ к двигателю и его системам, средний представлял собой закрытую кабину для двух пассажиров, которые размещались лицом друг к другу; пустой хвостовой отсек служил для крепления хвостового оперения. Для входа в средний отсек по левому борту предусматривалась дверь. Пассажирский отсек размещался позади и ниже открытой кабины пилота.

Один из построенных АНТ-2 на лыжном шасси. Из собрания М.Саукке
Крыло, крепившееся к фюзеляжу четырьмя болтами, имело два лонжерона (двойной лонжерон), которые поддерживали нервюры. В переднем лонжероне предусматривался вырез, в который заходила кабина пилота. Хвостовое оперение было выполнено по свободнонесущей схеме. В ходе первых испытаний обнаружилось, что хвостовое оперение – единственная часть самолета, требующая изменений. На втором самолете (всего в ЦАГИ было построено две машины) пришлось несколько увеличить размеры киля и руля направления. АНТ-2 оборудовался трехцилиндровым двигателем «Люцифер» фирмы «Бристоль» мощностью 100 л.с. с радиальным расположением цилиндров.
К маю 1924 года строительство первого самолета было закончено, и летчик Николай Петров впервые поднял АНТ-2 в воздух. День первого полета – 26 мая 1924 года – навсегда остался важной вехой в истории советской авиации. АНТ-2 показал хорошую управляемость, особенно после того, как была увеличена площадь хвостового оперения. Во время первого полета вместо пассажиров в кабину уложили два мешка с песком соответствующего веса.
Всего через несколько дней, 1 июня, на Ходынском поле в Москве, где находился Центральный аэродром, состоялся воздушный парад. На средства, собранные Обществом друзей воздушного флота, на московском самолетостроительном заводе «Дуке» была построена эскадрилья самолетов-разведчиков Р-1 в составе девятнадцати машин. Р-1 представлял собой комбинацию самолетов DH-4 и DH-9 фирмы «Де Хэвилленд». После того как все девятнадцать Р-1 выстроились на летном поле, на правый фланг строя выкатили двадцатый самолет. Это был АНТ-2.
Взлетный вес АНТ-2 составлял 837,5 кг, вес пустого самолета – 314,5 кг. Сохранившийся протокол летных испытаний, датированный серединой 1924 года, свидетельствует, что АНТ-2 поднимал в воздух «пилота весом 80 кг; двух пассажиров – 160,7 кг; топливо – 54,9 кг и масло – 4,8 кг; прочие предметы – 11,6 кг». С такой загрузкой дальность полета самолета достигала 750 км при потолке 3 300 м и максимальной скорости 169 км/час. Второй самолет, АНТ-2бис, также построенный в АГОСе, Туполев использовал для проведения широкой программы испытаний и проверки ряда теоретических предположений. Конструкция АНТ-2 позволяла оборудовать его как колесным, так и лыжным шасси.
Поскольку маленькая пассажирская кабина АНТ-2 вмещала всего двух человек, эксплуатация самолета на пассажирских авиалиниях была экономически невыгодна. В то же время сконструированная Туполевым машина проложила путь к созданию новых пассажирских самолетов и сама по себе явилась важным фактором для их развития. По некоторым данным, было построено до двадцати АНТ-2, однако в АНТК имени Туполева уверены, что таких самолетов существовало всего пять. В течение некоторого времени АНТ-2 эксплуатировался на трассе Москва – Нижний Новгород, правда, никаких документов, подтверждающих этот факт, найти не удалось. Самый первый АНТ-2 хранится в Музее ВВС в подмосковном городе Монино.