Była to rewolucja technologiczna – pojazd, który w późniejszym czasie otrzymał oznaczenie 16 całkowicie różnił się od modeli Dauphine z silnikiem montowanym z tyłu. W niczym nie przypominał także większego modelu Fregate z silnikiem umieszczonym z przodu, lecz nadal z tylnym napędem i archaicznym już pontonowym nadwoziem.
Po raz pierwszy w historii Renault projektowano samochód z napędem na koła przedniej osi i po raz pierwszy w historii motoryzacji nadwozie określone angielskim słowem hatchback otrzymało piąte drzwi – uchylną do góry klapę, która ułatwiała dostęp do bagażnika i umożliwiała załadunek przedmiotów o dużych rozmiarach. Pierwsze szkice charakterystycznej sylwetki ze ściętym tyłem i dużym rozstawem osi powstały w 1961 roku – długo przed projektem Syreny 110 realizowanym przez BKPmot i FSO.
W 1963 roku gotowe były prototypy, które badano w tunelu aerodynamicznym oraz poddawano testom zderzeniowym w centrum badawczym Renault w Lardy. Efektem tych testów było wzmocnienie konstrukcji przedziału pasażerskiego. Od pierwszego produkcyjnego egzemplarza, Renault 16 posiadało seryjne punkty kotwiczenia pasów bezpieczeństwa kierowcy i pasażera. W późniejszych latach wprowadzono je także dla pasażerów z tyłu. Dział projektujący silniki testował kilka jednostek czterocylindrowych. W efekcie wybrano silnik typu 697 o pojemności 1470 cm i mocy 59 KM. Montowano go w latach 1965-1971. Na stanowiskach badawczych testowano także mocniejszą jednostkę 1 565 cm i 83 KM. Silnik typu 807 wyróżniał się głowicą z poprzecznym przepływem mieszanki oraz zaworami ustawionymi w kształcie litery V.
Poza standardową skrzynią czterobiegową trwały prace nad przekładnią o pięciu przełożeniach, jak również nad skrzynią automatyczną. Przez cały okres produkcji Renault 16 posiadało dźwignię zmiany biegów przy kolumnie kierownicy. W zawieszeniu przednim zastosowano wahacze i drążki skrętne, z tyłu umieszczono wahacze wleczone z poprzecznymi drążkami skrętnymi.
Skuteczne hamowanie zapewniały tarcze (przód) oraz hamulce bębnowe kół tylnych. W 1964 roku prototypy przejechały ponad milion kilometrów, od Maroka po północną Finlandię. Zawieszenie dostrojono po tysiącach godzin jazd testowych na torze Monthlery.
Oficjalna premiera auta odbyła się w marcu 1965 roku na Salonie Samochodowym w Genewie. Wkrótce międzynarodowe jury złożone z dziennikarzy motoryzacyjnych nagrodziło Szesnastkę zaszczytnym tytułem Car of The Year 1966. Seryjna produkcja modelu ruszyła w roku 1965 nowej fabryce Renault w Sandouville.
W wersji 16 Luxe z przodu montowana była kanapa, modele 16 Grand Luxe i Super posiadały już oddzielne siedzenia z przodu, podłokietnik tylnej kanapy oraz kilka innych udogodnień jak oświetlenie bagażnika, elektryczną zapalniczkę oraz – za dodatkową opłatą – jeden z czterech odcieni metalizowanego lakieru. W topowej wersji Super wprowadzono całkowicie nowe rozwiązanie – wzdłużną regulację tylnej kanapy. Pojazd rozwijał prędkość maksymalną wynoszącą 145 km/h, a jego zużycie paliwa wynosiło 9,5 l/100 km.
Pierwsze drobne zmiany w Renault 16 wprowadzono już kilka miesięcy po premierze. W toku produkcji zmienił się także literowy system oznaczeń wersji pojazdu. W marcu 1968 roku na Salonie Genewskim zaprezentowano model 16 TS z silnikiem OHC o pojemności 1565 cm i mocy 83 KM. Jednostka była zasilana dwugardzielowym gaźnikiem Weber. Prędkość pojazdu wzrosła do 165 km/h. Zastosowanie radialnych opon 155-355 (lub 155-14”) poprawiło zachowanie auta na zakrętach. W układzie hamulcowym zastosowano podciśnieniowe wspomaganie Mastervac, a na przednich zderzakach pojawiły się dodatkowe reflektory dalekosiężne H4.
Wersja TS (fabryczne oznaczenie R 1151) była bogato wyposażona i przejęła rolę flagowego modelu. W 1969 roku w salonach Renault pojawił się model 16 TA wyposażony w trójstopniową skrzynię automatyczną z hydraulicznym przetwornikiem momentu obrotowego. Nad prawidłową pracą przekładni czuwał elektroniczny moduł opracowany przez firmy Renault i Thomoson. Model 16 TA (moc 67 KM) nosił oznaczenie R 1153 i był oferowany zarówno w Europie, jak również w USA i Australii. Pod koniec lat 60. modele z gamy Renault były oferowane także w Polsce poprzez sieć placówek Pekao. Szesnastkę oferowano również w Czechosłowacji i na Węgrzech.
Dla amatorów szybkiej jazdy firma Autobleu oferowała szereg akcesoriów tuningowych. Od kwietnia 1970 roku wszystkie wersje Renault 16 były seryjnie wyposażone w pasy bezpieczeństwa dla kierowcy i pasażera. W roku 1972 wprowadzono dwa typy deski rozdzielczej: w modelach L i TL stosowano wstęgowy prędkościomierz, zaś w TS – okrągłe instrumenty.
Lifting wyglądu nadwozia Renault nastąpił we wrześniu 1973 roku przy okazji prezentacji Renault 16 TX z 93-konnym silnikiem 1647 ccm. Nowe było nie tylko logo firmy, które zaprojektował Victor Vasarely, ale także pięciobiegowa skrzynia, dwuobwodowy układ hamulcowy, czarna plastikowa atrapa chłodnicy oraz cztery kwadratowe reflektory halogenowe. Model 16 TX posiadał ponadto sportowe obręcze z Renault 12 Gordini, chromowane ozdobne ramki wokół okien, elektrycznie podnoszone szyby oraz wycieraczkę tylnej szyby. Wersje L oraz TL i TS otrzymały w 1974 roku nową atrapę, a w niej dwa stosowane dotychczas reflektory.
W marcu 1975 roku funkcję topowego pojazdu w gamie Renault przejęło sześciocylindrowe Renault 30, a kilka miesięcy później model 20. Wysoki komfort i doskonałe walory użytkowe spowodowały, że Renault 16 było nadal chętnie kupowane we Francji i kilkudziesięciu innych krajach świata. W roku 1976 w ofercie pozostawały wersje TA, TLA, TL, TX, wycofano natomiast 16 TS. Na wybrane rynki trafiło Renault 16 TL z odprężonym silnikiem 1565 cm i mocą obniżoną do 55 KM.
Wszystkie wersje Renault 16 posiadały bezwładnościowe pasy bezpieczeństwa, bezpieczną łamaną kolumnę kierownicy oraz zamki, które umożliwiały otwarcie drzwi nawet po silnym zderzeniu i deformacji nadwozia. Od lipca 1978 roku we wszystkich wersjach w standardowym wyposażeniu znalazły się pasy bezpieczeństwa tylnej kanapy.
Po wprowadzeniu modelu 18 produkcja Szesnastek została ograniczona do modeli TX oraz TL z silnikiem o mocy 67 KM przystosowanym do spalania benzyny o ograniczonej zawartości ołowiu. Najważniejszymi rynkami eksportowymi poza Francją były: Belgia, Holandia, Hiszpania, RFN oraz Szwajcaria. Ostatni z 1 850 000 egzemplarzy Renault 16 opuścił taśmę zakładu w Sandouville w maju 1980 roku.
