Летом 1878 года в имении мецената и предпринимателя Саввы Мамонтова в Абрамцеве Репин присутствовал при чтении письма, отправленного запорожцами турецкому султану. Под впечатлением от прочитанного он исполнил первый карандашный эскиз будущей картины. Весной 1880-го художник совершил поездку по Запорожью, отыскивая типы старого казачества, знакомясь с бытовым укладом эпохи, оружием, утварью, предметами обихода XVII века, литературно-историческими источниками и, конечно, «живой» натурой. Лев Толстой, посетивший мастерскую Репина осенью 1880 года, поддержал замысел этого полотна.

Художник быстро определился с композицией, но в течение долгого времени не мог остановиться в своих поисках выразительной трактовки персонажей, что подтверждается рентгенограммами холста. Работа растянулась более чем на десятилетие.

Композиционный узел картины составляет мотив единения людей, занятых писанием дерзкого ответа турецкому султану Мехмеду (Махмуду) IV, осмелившемуся призвать запорожцев к покорности. Герои Репина увлечены сочинением скабрезного, остроумного текста. Смех заражает всех присутствующих. Реакция каждого из персонажей различна, что и требовалось Репину-психологу, разработавшему сложную симфонию всех оттенков смеха: от тонкой улыбки до громкого раскатистого хохота, от изображения в фас, в профиль, в три четверти до смеха «со спины» у отвалившегося от стола казака. Огрубевшие, загорелые, беззубые, щербатые лица, разгоряченные, «буйные головы», бесстыжие, развязные, лукавые характеры с печатью ядовитой, едва скрываемой издевки, удовольствия, ехидства, репинские казаки отдаются всецело хохоту.

Репин настаивал на исторической роли запорожских казаков, называя их своего рода рыцарским народным орденом, которые выступали защитниками славянских народов на порогах Днепра; он восхищался их свободой без меры, удалью и широтой характеров.

Позднее, в начале 1900-х, художник вспоминал, что письмо запорожцев было ему знакомо с детства. На родине Репина, происходившего из военного поселения Чугуев под Харьковом, письмо запорожцев любили зачитывать «вслух подгулявшей компанией».

В 1887-м Репин подарил этот эскиз историку казачества Д.И. Яворницкому, в книге которого письмо запорожцев рассматривается как апокриф. Достоверность письма научно не подтверждена до сих пор. Репин так и не расстался с эскизом, он держал его в своей мастерской, продолжая работать над большим холстом. В 1891 году Павел Третьяков купил эскиз у Яворницкого, но по уговору он оставался у художника до окончания монументального полотна «Запорожцы» (1880-1891, Государственный Русский Музей), приобретенного императором Александром III для будущего Русского музея.

Спустя шесть лет в 1897-м коллекционеру удалось приобрести специально для него исполненное повторение «Запорожцы пишут письмо турецкому султану». В настоящее время оно находится в Харьковском Художественном музее.