Vid Europeiska rådets möte i veckan kommer David Cameron att kräva ett "mer omfattande samarbete" och ett stopp för trafiken i "vapen från västra Balkan".
Kenneth Cameron kommer också att föreslå ett "nytt EU-omfattande förbud mot alla högdrivna halvautomatiska vapen".
EU:s svar på Parisattackerna kommer att diskuteras vid mötet, som inleds på torsdag i Bryssel.
Nummer 10 sade att vid sidan av ett förbud skulle åtgärderna omfatta ett ökat utbyte av ballistikdata, en plan för att förbättra informationen om skjutvapen på västra Balkan, åtgärder för att ta skjutvapen ur omlopp och en "klar genomförandeplan" för alla medlemsstater.
David Cameron sade att de "oroliga terrordåden" i Paris visade på omfattningen av det hot som Europa står inför.
"Ett terroristhot i ett land är en fara för oss alla, så jag tror att det finns mer vi måste göra tillsammans för att ta itu med det terroristhot som Daesh utgör", sade David Cameron.
"Vi måste se till att terrorister inte har de vapen med vilka de kan orsaka en sådan tragedi."
Cameron kommer också att kräva större ansträngningar för att undergräva radikaliseringen på nätet och ideologin i den så kallade islamiska staten, som regeringen kallar Daesh.
Nils Duquet, forskare vid Flamländska Fredsinstitutet i Bryssel, sade i en artikel för BBC att det i flera attacker nyligen, bland annat i Paris, fanns ett samband mellan de vapen som användes och Belgien.
Han sade att en ökning av tunga skjutvapen på den olagliga marknaden i Belgien främst var kopplad till smuggling från Balkan.
Hundratusentals militära vapen stannade i medborgarnas händer efter krigen på Balkan på 1990-talet, sade han.
Ett halvautomatiskt skjutvapen är självladdande och avfyrar en enda omgång varje gång dess avtryck görs.
Totalt 130 människor dog och hundratals skadades under attackerna i Paris den 13 november, då beväpnade män och självmordsbombare anföll en konsertsal, en stadion, restauranger och barer nästan samtidigt.
EU bör slå ner på den olagliga vapenhandeln, premiärministern kommer att uppmana i kölvattnet av Paris attackerna.