M4,最早是 美国海军陆战队为了给陆战队武力侦察连（Force Recon）及装甲车组成员研製的短枪管的卡宾枪，用于替换 M3A1“注油枪”（非正式使用的是XM177E2）。这时的M4，柯尔特公司编号为720型，而在军方的测试计画中称为XM4。相比以往的M16步枪改进只要在:更换了1/7缠距的14.5英寸（368mm）重型枪管，改用M16A2消焰器，用3发点射代替全自动射击，改用M16A2的机械瞄準具.不过方案被美国国会否决。
美国陆军的试验与鉴定司令部（TECOM）在1986年4月重开XM4卡宾枪的研製工作和第2阶段试验。经过进一步试验和改进后，XM4在1991年3月被正式定型并命名为“美国5.56mm北大西洋公约组织口径M4卡宾枪”（The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4）。M4与其他M16A2卡宾枪最明显的区别特徵是其枪管在距离準星座前25mm的位置上加工了一个缩颈的形状，这是在后来的试验中为了挂装M203榴弹发射器而作出的改动。为了能够挂装原有的M203榴弹发射器，M16A2在护木内的枪管直径与M16A1是相同的，但卡宾枪的护木较短而护木外又採用M16A2式的厚枪管，因此柯尔特的工程师就在护木外的枪管中段加工了这个缩颈，这样就能挂装M203榴弹发射器。固定枪托也能装上去用，但在美军中并不常见有这样做的。
M4卡宾枪还把原本只有两个固定位置的伸缩式枪托改为有四个固定位置，再后来又改为六个。另外M4的照门虽然是M16A2式的，但表尺最远只可调到600米，而非M16A2的800米。由于下机匣是M16A2的，因此射击方式为半自动和三发点射。由于M4和M16A2非常相似，事实上它们有80%的零件可以互换，因此最初也称为M16A2卡宾枪。M4首先装备82空降师，用于取替M16A1/A2步枪、M3A1冲锋鎗和车辆驾驶员使用的部分9mm手枪，1994年正式列装。M4卡宾枪首次参加实战是在1991年的海湾战争。
在M4装备部队后，柯尔特又设计了一种用皮卡汀尼导轨代替固定提把的平顶型机匣，方便安装模组化的瞄準装置。在1994年8月这项改进也被美军接纳，并把这种平顶型M4正式命名为“美国5.56mm北大西洋公约组织口径M4A1卡宾枪”（The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4A1），在柯尔特公司的编号则为927。由于特种部队不喜欢M4卡宾枪的点射限制装置而使用其他可全自动射击的M16A2卡宾枪，因此M4A1也採用了M16A1的下机匣。但在试验中发现M4A1的枪管容易过热，有射手以全自动方式连续打完6个弹匣后护木就烫得不能直接用手去碰。儘管M4A1是一把卡宾枪而不是轻机枪，但为解决这个问题柯尔特对护木进行了改进，把铝製隔热屏由原来的单层改为双层，因此也相应地加粗了护木直径。这项改进后来也套用在新生产的M4卡宾枪上，所以早期的M4/M4A1上的护木和以前的M16卡宾枪是一样的，而后来的M4/M4A1护木都比较粗。
限制3发点射的M4卡宾枪多数装备车组成员、机组成员、文书或军官，例如M1坦克车组成员多年来是使用4支M3A1冲锋鎗作为自卫武器的，现在则改为两支M4卡宾枪和两把M9手枪。由于平顶型机匣方便安装瞄準镜，除了早期的订货是有A2提把外，现在美军所有採购的M4均採用平顶机匣，配用的瞄準镜主要为Trijicon公司的TA11和TA31 ACOG及Aimpoint M68 CCO。目前的政府标準型M4系列为柯尔特920型（平顶M4，快慢机为“S-1-3”）和柯尔特921型（M4A1，快慢机为“S-1-F”）。
配备KAC M4 RAS护木的柯尔特925型卡宾枪经过测试后被定型为M4E2，但这个名称似乎由于对已有的卡宾枪安装这个护木后是否需也应更改名称的困惑而被放弃。美国陆军野战手册中把安装RAS的M4系列称为模组化武器系统（Modular Weapon System）或简称M4 MWS。
由于较短的枪管导致初速较低和膛口噪声较大，护木也比长步枪更容易发热，因此海军陆战队是在採用M4A1还是要保留M16A2的问题上反覆争论，最终在2002年9月宣布将用带RAS护木的M16A4代替M16A2，但却是由FN生产的。在阿富汗战场上许多徒步战斗的步兵抱怨M4A1存在射程不足的缺点，促进了海军陆战队的这一项决定，然而在2003年入侵伊拉克的城市战斗中，那些仍在使用M16A2的机械化步兵却认为他们更需要像M4这样短小精悍的轻武器，这是因为城市中的战斗距离比阿富汗山区要近得多，而且即使在城郊作战，这些机械化部队成员都没必要用手中的轻武器去对付300米外的目标，而那些抱怨M4A1射程不够的部队多数是缺乏重武器支援的轻步兵。
虽然M4系列的有效射程没有长枪管的M16系列远，但是许多军事分析家认为步兵轻武器大多数情况下不需要射击300米目标，只要在150m内有效就足够了。M4系列由于紧凑的外形和强大火力（仅限可全自动的M4A1）适合CQB而受到反恐部队和特种部队的喜爱，这些优点也适用于城市战斗，因此在常规部队的步兵班中，以M16A4为主再搭配少量M4A1成为流行的模式，而在特种部队和空降部队等快速反应部队中，M4A1则是主战武器，美国特种作战司令部（USSOCOM）把M4A1採用为制式步枪。
在近几年，柯尔特又生产了加厚护木内枪管部分的M4A1或改装套件，在枪管整体加厚后虽然会略为增加重量，但全自动射击时更耐热也更準确。这些採用重型枪管的武器还配有一个重量稍大并被称为H2的新缓冲器。标準的H缓冲器里面有一块钨和两块钢组成的滑动配重，而新的H2缓冲器改为两块钨和一块钢。目前这些武器被称为柯尔特921HB型（重枪管），但军队採用的HB改进型并没有重新命名，所以政府型M4A1是包括了921和921HB。
除了在美军装备外，M4系列也出口到其他国家，而柯尔特也向执法机构提供RO777、779、977和979这4种型号的M4/M4A1
Colt M4
口径 5.56×45mm SS109/M855
採用日期 1994年8月15日
全枪长 展开枪托 33"（840 mm）
缩起枪托 29.8"（760 mm）
枪管长 14.5"（368 mm）
膛线 6条，右旋，缠距178mm
空枪重（不含弹匣） 5.9lb（2.68 kg）
30发空弹匣重 0.11 kg
30发满弹匣重 0.45 kg
理论射速 700~950 RPM
有效射程 600 m
瞄準基线长 14.5"（368 mm）
初速 884 m/s（2900FPS）
枪口动能 1645 J
HBAHLL 20070419
