因为以往的CAR－15（美国前主战步枪）的有用射程都比较低，结尾弹道功能不稳定，1988年由柯尔特公司受命于美国陆军部，在陆军部与水兵陆战队联合参加下研发新式的M16卡宾枪。柯尔特公司的工程师把枪管弄短至14.5英寸(370mm)，枪管上增加了一个缩颈用以挂装M203榴弹发射器，选用弹性枪托，射击方法为半自动和三发点射，护木内选用了双层的铝制隔热屏。这种新式卡宾枪的柯尔特公司产品编号为Model 720，在1991年3月军方正式定型并命名为“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)。因为M4和M16A2十分类似，事实上它们有80%的零件能够交换，因而开始也称为M16A2卡宾枪。M4首要配备82空降师，用于代替 M16A1/A2步枪、M3冲锋枪和车辆驾驶员运用的部分9mm手枪，1994年正式列装。柯尔特公司又为水兵研发了一种射击方法为半自动和全自动的 Model 727，除射击方法外其他与M4彻底相同，因而有些人称Model 727为M4增强型(M4 except)或水兵型M4。然后柯尔特公司又研发了一种M4的子变体，首要是规划了一种新的平顶型机匣盖以设备模块化的瞄准体系。在1994年8月，这项改善被军方选用，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)，柯尔特公司编号Model 27。M4A1的首要改善是把本来的固定式提把改为能设备不同瞄准设备的M1913导轨——即平顶型机匣，此外M4A1的射击方法是半自动和全自动，就像M16A1。M4/M4A1卡宾枪在美国的特种作战部队中执役，特别是美国陆军的游骑兵、水兵陆战队的武力侦查队和水兵的海豹突击队等等。因为 M4/M4A1射程远杀伤力大而结构又比较紧凑，也遭到其他作战部队及非一线月起，美军陆军正式配备M4/M4A1卡宾枪，到1999年末悉数现役部队换装M4/M4A1，而本来的M16A2则转交预备役部队和海岸防卫队。不过虽然平顶型机匣早已投产，但首要配备的M4仍然是带瞄具提把的规范M16A2机匣。M4和M4A1首要由柯尔特公司和大毒蛇公司(Bushmaster Arms)出产，此外M4/M4A1也被一些法律组织所选用。现在柯尔特公司出售的M4/M4A1的称号现已改为RO777、779、977和979。别的民间也呈现一些民用型的M4/M4A1，有半自动也有全自动，但为契合有关法规，枪管长度一般都在16英寸或以上。
