研发历史
随着M16A2的研制成功，美军也开始考虑为特种部队研制发射SS109/M885弹的新型卡宾枪了。就像M16A2一样，这种新型卡宾枪也是根据海军陆战队的需求而在1983年开始设计的。
当时海军陆战队的武力侦察连正式装备的小型肩射武器只是M3A1“注油枪”，而装甲车组成员也是使用M3A1，海军陆战连认为应该为这些人提供一种卡宾枪。
最初柯尔特公司为海军陆战队研制的M16A2卡宾枪基本上只是把M16A2上的改变应用到653型卡宾枪上，即更换了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的机械瞄准具。
这种M16A2卡宾枪在1985年完成设计，柯尔特公司的型号编号为720型，而在军方的测试计划中称为XM4.但国会否决了海军陆战队的XM4采购预算，结果武力侦察连不得不采用海军的HKMP5-N冲锋枪来代替老旧的M3A1冲锋枪，而其他的美军特种部队则在1988年开始使用的RO727等其他M16A2卡宾枪。
美国陆军的试验与鉴定司令部在1986年4月重开XM4卡宾枪的研制工作和第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”。
M4与其他M16A2卡宾枪最明显的区别特征是其枪管在距离准星座前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采用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冲锋枪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，战争爆发前美军突然发现他们缺少新步枪，许多部队仍在使用M16A1，而M16A2只是在1986年才开始陆续装备，有许多部队还没有完成换装。由于需要尽快获得大量的M16A2和M4，因此美国国防部批准增加M4的供应商，缅因州的大毒蛇轻武器公司获得一份供应M4卡宾枪的采购合同，并为陆军供应了4000支M4，这批枪在“沙漠盾牌”和“沙漠风暴”期间被第82空降师使用，据说施瓦茨科普夫将军的卫兵也是使用大毒蛇M4.
然而当时美军还没有取得M4的生产权，柯尔特威胁将会控告美国政府未经许可就向其他公司转让M4的工艺文件，结果大毒蛇就只得到这一份M4的政府采购合同。
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，方便安装模块化的瞄准装置。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”，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也采用了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。
尽管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，把铝制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。这项改进后来也应用在新生产的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。
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冲锋枪作为自卫武器的，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准镜，除了早期的订货是有A2提把外，现在美军所有采购的M4均采用平顶机匣，配用的瞄准镜主要为TA11和TA31ACOG及M68CCO。目前的政府标准型M4系列为柯尔特920型和柯尔特921型。
配备KACM4RAS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系列称为模块化武器系统。
尽管M4A1是为特种部队研制的，但陆军在1998年宣布，计划在常规部队中用带RAS护木的M4A1取代M16A2作为制式步枪，而原来的M16A2则转交预备役部队和海岸防卫队。
为什么陆军会打算用一种卡宾枪来取代标准的突击步枪呢？陆军的解释是M4A1比M16A2轻，而且足以有效对付200米射程内的目标；有另一种解释是当“陆地勇士”系统装备部队时，M4A1能够减轻系统总重量。
但其实还有另一个传言，说陆军内部有一些高级将领仍然对FNMI在1988年凭价格优势击败柯尔特获得M16A2的供应合同而耿耿于怀，因为FNMI是外国背景公司。假如陆军决定采用一种不同型号的步枪，这样就有理由不继续履行与FNMI的采购合同了。
对于M4A1的采购引发了许多争议，而且当柯尔特获得陆军的生产合同后，FNMI随即提出他们也能为陆军生产M4A1.陆军拒绝了这个提议，于是FNMI向美国联邦法院提出诉讼，指美国政府指定唯一的承包商是不公平的。
联邦法院在柯尔特的运动下驳回了FNMI的申诉，解释说M4系列的技术是柯尔特专有的，而且按照柯尔特与陆军在1997年12月达成的协议，军方在2011年前都不得向其他生产商授予M4系列的生产权或转让工艺文件。
陆军采购M4A1的高峰是在2000年前后，在2001年美国陆军最终决定让常规部队装备RAS护木的M16A4，似乎是对那个传言的佐证，陆军仍然是从柯尔特采购M16A4.
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采用M4A1还是要保留M16A2的问题上反复争论，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把M4A1采用为制式步枪。
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准确。这些采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。标准的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），但军队采用的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公司除了RO977外，另外又向执法机构提供了一种枪管加长至16.1英寸的长枪管M4A1，名为“执法型卡宾枪”，产品编号为LE6920.
随枪配两个20发弹匣，当然使用者也可以自己买其他容量的弹匣了。LE6920有固定提把的机匣和平顶型机匣两种类型，下机匣有三发点射和连发两种射击方式。
目前柯尔特M4被限制只能向军队和执法机构销售，只有特殊条件下才能允许平民拥有政府型M4/M4A1.按照BATF的定义，14.5英寸枪管被划分为“短枪管步枪”的级别，属于三级武器类别，而能够连发（包括点射模式）的武器被划分为机枪类别。
购买三级武器或机枪类武器都必须向BATF申请并交纳印花税，而且民间机枪类武器只能拥有1986年以前生产和出售的，因为联邦法律规定从1986年5月19日起就禁止美国的生产商和经销商向民间销售机枪类武器。
唯一的例外是特殊职业纳税人，他们是那些生产和进出口机枪的经销商和生产商。同样还有私人保安或军事企业，如保安承包商等。只有在1986年5月19日前生产的最早的柯尔特M4原型才能合法让一个非SOT平民合法拥有的。
由于柯尔特要维护他拥有的M4的名称和外形设计的独家权利，对此种情况一直有所不满；而其他生产商则长期以来声称柯尔特过份夸大他们的权利——他们说“M4”现在成为一个统称短M16/AR-15的术语了。
在2004年4月内，柯尔特向HK和大毒蛇提出商标侵权、贸易侵权和商标稀释的诉讼，指他们故意错误地使用商品名称，又侵权了柯尔特的专利，而且采用了不公平竞争和欺骗性贸易的手段。
HK的申诉被法院驳回，因此HK不得不把他们的活塞短行程HKM4改变外形设计，并改名为HK416.然而在2005年12月8日，一个缅因州的联邦地方法院法官作出的裁判支持大毒蛇（和FN的情况相类似，似乎又是地方保护主义作怪）。由于柯尔特对大毒蛇的诉讼等于实际上输掉了“M4”这个商标，所以法院干脆直接撤销了柯尔特所持有的M4商标专利权。
改型卡宾枪
长期以来，许多为卡宾枪提供各类瞄准具、灯具及其他战术附件的厂家都没有一个安装接口的标志，美国特种作战司令部在1989年9月开始尝试制订了一套近战卡宾枪的附件接口标准，并在1992年5月15日正式提出称谓特种作战改进型的计划名称，特种作战改进型计划是由美国特种作战司令部、海军特种作战部队、空军、陆军海军等其他特种部队共同提出，并委托海军武器研究中心负责研究的。1999年5月开始在海军和空军提供以M4A1卡宾枪为武器平台的特种作战改进型进行试验。
第1代M4生产的主要承包商是奈特军械公司，M4并不只是一支卡宾枪，而是一个以M4A1为基础的模块式突击步枪系统，主要模块包括一个有上下左右四段M1913标准导轨的RIS护木、缩短的快卸M203榴弹发射器及其瞄准具、一个快速拆卸消声器、后备照门、一支战术灯、一个可见光/红外激光指示器，还有反射式瞄准镜及一个夜视瞄准镜，但也有许多士兵把反射瞄准镜换成全息瞄准镜。
目前M4已经装备包括海豹在内的多个特种部队了，当M4配上一些近战用的战术附件时，又会称之为“室内近战武器型M4”，实际上都是同一个东西来的。
性能参数
口径：5.56×45mm；
全枪长：展开枪托840mm；
缩起枪托：760mm；
枪管长：368mm；
膛线：6条，右旋，缠距178mm；
空枪重：（不含弹匣）2.68kg；
30发空弹匣重：0.11kg；
30发满弹匣重：0.45kg；
理论射速：700～950RPM；
有效射程：600m；
瞄准基线长：368mm；
初速：884m/s；
枪口动能：1645焦。
