M4,最早是 美國海軍陸戰隊為了給陸戰隊武力偵察連（Force Recon）及裝甲車組成員研製的短槍管的卡賓槍，用於替換 M3A1“注油槍”（非正式使用的是XM177E2）。這時的M4，柯爾特公司編號為720型，而在軍方的測試計畫中稱為XM4。相比以往的M16步槍改進只要在:更換了1/7纏距的14.5英寸（368mm）重型槍管，改用M16A2消焰器，用3發點射代替全自動射擊，改用M16A2的機械瞄準具.不過方案被美國國會否決。
美國陸軍的試驗與鑑定司令部（TECOM）在1986年4月重開XM4卡賓槍的研製工作和第2階段試驗。經過進一步試驗和改進後，XM4在1991年3月被正式定型並命名為“美國5.56mm北大西洋公約組織口徑M4卡賓槍”（The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4）。M4與其他M16A2卡賓槍最明顯的區別特徵是其槍管在距離準星座前25mm的位置上加工了一個縮頸的形狀，這是在後來的試驗中為了掛裝M203榴彈發射器而作出的改動。為了能夠掛裝原有的M203榴彈發射器，M16A2在護木內的槍管直徑與M16A1是相同的，但卡賓槍的護木較短而護木外又採用M16A2式的厚槍管，因此柯爾特的工程師就在護木外的槍管中段加工了這個縮頸，這樣就能掛裝M203榴彈發射器。固定槍托也能裝上去用，但在美軍中並不常見有這樣做的。
M4卡賓槍還把原本只有兩個固定位置的伸縮式槍托改為有四個固定位置，再後來又改為六個。另外M4的照門雖然是M16A2式的，但表尺最遠只可調到600米，而非M16A2的800米。由於下機匣是M16A2的，因此射擊方式為半自動和三發點射。由於M4和M16A2非常相似，事實上它們有80%的零件可以互換，因此最初也稱為M16A2卡賓槍。M4首先裝備82空降師，用於取替M16A1/A2步槍、M3A1衝鋒鎗和車輛駕駛員使用的部分9mm手槍，1994年正式列裝。M4卡賓槍首次參加實戰是在1991年的海灣戰爭。
在M4裝備部隊後，柯爾特又設計了一種用皮卡汀尼導軌代替固定提把的平頂型機匣，方便安裝模組化的瞄準裝置。在1994年8月這項改進也被美軍接納，並把這種平頂型M4正式命名為“美國5.56mm北大西洋公約組織口徑M4A1卡賓槍”（The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4A1），在柯爾特公司的編號則為927。由於特種部隊不喜歡M4卡賓槍的點射限制裝置而使用其他可全自動射擊的M16A2卡賓槍，因此M4A1也採用了M16A1的下機匣。但在試驗中發現M4A1的槍管容易過熱，有射手以全自動方式連續打完6個彈匣後護木就燙得不能直接用手去碰。儘管M4A1是一把卡賓槍而不是輕機槍，但為解決這個問題柯爾特對護木進行了改進，把鋁製隔熱屏由原來的單層改為雙層，因此也相應地加粗了護木直徑。這項改進後來也套用在新生產的M4卡賓槍上，所以早期的M4/M4A1上的護木和以前的M16卡賓槍是一樣的，而後來的M4/M4A1護木都比較粗。
限制3發點射的M4卡賓槍多數裝備車組成員、機組成員、文書或軍官，例如M1坦克車組成員多年來是使用4支M3A1衝鋒鎗作為自衛武器的，現在則改為兩支M4卡賓槍和兩把M9手槍。由於平頂型機匣方便安裝瞄準鏡，除了早期的訂貨是有A2提把外，現在美軍所有採購的M4均採用平頂機匣，配用的瞄準鏡主要為Trijicon公司的TA11和TA31 ACOG及Aimpoint M68 CCO。目前的政府標準型M4系列為柯爾特920型（平頂M4，快慢機為“S-1-3”）和柯爾特921型（M4A1，快慢機為“S-1-F”）。
配備KAC M4 RAS護木的柯爾特925型卡賓槍經過測試後被定型為M4E2，但這個名稱似乎由於對已有的卡賓槍安裝這個護木後是否需也應更改名稱的困惑而被放棄。美國陸軍野戰手冊中把安裝RAS的M4系列稱為模組化武器系統（Modular Weapon System）或簡稱M4 MWS。
由於較短的槍管導致初速較低和膛口噪聲較大，護木也比長步槍更容易發熱，因此海軍陸戰隊是在採用M4A1還是要保留M16A2的問題上反覆爭論，最終在2002年9月宣布將用帶RAS護木的M16A4代替M16A2，但卻是由FN生產的。在阿富汗戰場上許多徒步戰鬥的步兵抱怨M4A1存在射程不足的缺點，促進了海軍陸戰隊的這一項決定，然而在2003年入侵伊拉克的城市戰鬥中，那些仍在使用M16A2的機械化步兵卻認為他們更需要像M4這樣短小精悍的輕武器，這是因為城市中的戰鬥距離比阿富汗山區要近得多，而且即使在城郊作戰，這些機械化部隊成員都沒必要用手中的輕武器去對付300米外的目標，而那些抱怨M4A1射程不夠的部隊多數是缺乏重武器支援的輕步兵。
雖然M4系列的有效射程沒有長槍管的M16系列遠，但是許多軍事分析家認為步兵輕武器大多數情況下不需要射擊300米目標，只要在150m內有效就足夠了。M4系列由於緊湊的外形和強大火力（僅限可全自動的M4A1）適合CQB而受到反恐部隊和特種部隊的喜愛，這些優點也適用於城市戰鬥，因此在常規部隊的步兵班中，以M16A4為主再搭配少量M4A1成為流行的模式，而在特種部隊和空降部隊等快速反應部隊中，M4A1則是主戰武器，美國特種作戰司令部（USSOCOM）把M4A1採用為制式步槍。
在近幾年，柯爾特又生產了加厚護木內槍管部分的M4A1或改裝套件，在槍管整體加厚後雖然會略為增加重量，但全自動射擊時更耐熱也更準確。這些採用重型槍管的武器還配有一個重量稍大並被稱為H2的新緩衝器。標準的H緩衝器裡面有一塊鎢和兩塊鋼組成的滑動配重，而新的H2緩衝器改為兩塊鎢和一塊鋼。目前這些武器被稱為柯爾特921HB型（重槍管），但軍隊採用的HB改進型並沒有重新命名，所以政府型M4A1是包括了921和921HB。
除了在美軍裝備外，M4系列也出口到其他國家，而柯爾特也向執法機構提供RO777、779、977和979這4種型號的M4/M4A1
Colt M4
口徑 5.56×45mm SS109/M855
採用日期 1994年8月15日
全槍長 展開槍托 33"（840 mm）
縮起槍托 29.8"（760 mm）
槍管長 14.5"（368 mm）
膛線 6條，右旋，纏距178mm
空槍重（不含彈匣） 5.9lb（2.68 kg）
30發空彈匣重 0.11 kg
30發滿彈匣重 0.45 kg
理論射速 700~950 RPM
有效射程 600 m
瞄準基線長 14.5"（368 mm）
初速 884 m/s（2900FPS）
槍口動能 1645 J
HBAHLL 20070419
