在游戏机历史中，第四世代（或普遍称为「16位元时代」）是以1987年10月30日在日本发售，由日本电气（NEC）研发的PC Engine（北美版称为TurboGrafx-16）作为开始。虽然PC Engine是第一部发售的第四世代游戏机，在日本销量亦只是仅次于超级任天堂（Super Famicom，简称「SFC」，北美版称为Super Nintendo Entertainment System，简称「SNES」），但在北美洲，游戏机的销量主要为任天堂的超级任天堂与世嘉（Sega）的Mega Drive（北美版称为Sega Genesis）之争。任天堂成功继承在第三世代建立的基业，而超级任天堂亦成为第四世代销量最高的游戏机。而世嘉亦在此世代发得重大成功，并创造出能够与任天堂的吉祥物玛利欧竞争的角色——超音鼠。除此之外，虽然有不少公司推出其他种类的游戏机，但没有一款获得成功。同时亦有不少公司认为游戏机市场已经逐渐成熟，并计划在将来推出自家研发的游戏机。当2004年由SNK开发的Neo Geo停产后，维持17年的第四世代正式结束。
第四世代游戏机与第三世代的分别：
* 功能更强的微处理器（主要为16位元）
* 控制器有更多的按钮（最多为8个）
* 背景有更复杂及多层的视差滚动效果
* 更大的图像效果（精灵）
* 更好的色彩（主要为64至256色）
* 使用立体声及多声道
* 先进的声音合成（调频或波表）
家用游戏机
PC Engine/TurboGrafx-16/TurboGrafx
PC Engine是由Hudson Soft及日本电气（NEC）共同研发，在1987年10月30日在日本发售。1989年8月，PC Engine以TurboGrafx-16的名称于北美洲发售。
在发售初期，PC Engine在日本获得不俗的成绩。在1988年及1991年，NEC分别发售能够让PC Engine使用CD的附加组件，及结合PC Engine及CD系统的游戏机PC Engine Duo（北美版称为Turbo Duo）。
在美国，NEC亦创造了吉祥物PC原人（在北美洲称为Bonk），并在1990年至1994年期间出现在大部份的PC Engine广告。虽然这宣传策略在开始发得成功，尤其是大城市，但在小城市却后劲不继。而主要原因是因为NEC缺少大量的推广人员及并不注重店舖宣传。
由于PC Engine的销量在第四世代后期开始被任天堂抛离，最终于1994年停产，但之后仍有小量游戏在此平台发售。
在日本，由于有不少18禁游戏能够在此平台发售，因此其寿命比其他同世代游戏机长久，而最后一款商业软件于1999年发售。
Mega Drive/Sega Genesis
世嘉Mega Drive最初于1988年10月29日在日本发售，并在其后2年分别在北美洲、欧洲及澳洲发售。除了北美洲称为Sega Genesis外，其他地方都以原来名称发售。
在发售初期，由于任天堂在上一世代的竞争中，在北美洲建立了强大的基础，世嘉渡过了一般困难时期。转捩点出现在1991年，世嘉成功创造它最出名的吉祥物：「超音鼠」，令Mega Drive成功建立了一个较任天堂的SNES更「酷」的形象。而在之后的宣传中更加指出这一点。
当街机游戏真人快打决定移植至SNES及Mega Drive的时候，相对任天堂要求删减血腥画面，世嘉决定保留这些要素，并只将需要在游戏中输入相关指令即可解除封锁。这举动令Mega Drive的真人快打获得较多正面的回响。但同时亦令北美洲对游戏中的血腥画面的注意上升，促成娱乐软件分级委员会（ESRB）的创立。而由于ESRB的创立，令任天堂重新检视真人快打II的发售方向。此外，世嘉亦发现Mega Drive的控制器对格斗游戏的不足，因此其后推出一款有6个按钮的控制器（原本的控制器只有3个按钮）。虽然其后推出的游戏仍可使用旧款的控制器，但世嘉亦建议使用新款的控制器。
虽然Mega Drive在北美及欧洲发得成功，但在日本却输给了NEC的PC Engine。不过其全球销量仍然有约3,075万。在1995年末，世嘉有5款游戏机及2款附加组件仍然发售中，而世嘉在日本的分公司决定在日本停止发售Mega Drive，将重心转向Sega Saturn。这需要符合日本的情况，但对北美来说却是不智：因为当时Mega Drive在北美仍有庞大的需求，而这决定导致Mega Drive的库存及游戏数目急速下滑。
超级任天堂
原本任天堂并没有开发新游戏机的计划，只是当时开始有不少新的游戏机推出，为了阻止其侵食由FC游戏机建立的庞大市占率，任天堂决定开发新的游戏机：超级任天堂。此游戏机首先在1990年11月21日于日本发售。第一批30万台游戏机仅1小时就售罄。在1991年及1992年，超级任天堂分别于北美地区、及欧洲和澳洲地区发售。
虽然受到世嘉Mega Drive的威胁，超级任天堂仍然成为第四世代游戏机中销量最高，约4,910万。就算进入下一世代，它仍然是其中一款最受欢迎的游戏机。其成功的原因包括画面及音效的质素提升，以及大量由任天堂自己研发的独占游戏，例如玛利欧系列、萨尔达传说系列及银河战士系列等。
Compact Disc Interactive (CD-i)
CD-i是由飞利浦开发的多媒体CD播放器，它初期的用途并非用于游戏，因此游戏作品很少。往后由于受到其他游戏机影响，因此涉足游戏机市场。
由于任天堂与飞利浦的协议，飞利浦能够使用部份任天堂作品，但这些作品并非由任天堂开发，因此质素普遍不佳。
CD-i被认为是一件失败作品，全球销量少于100万部。而且部份是由其他制造商开发制造。
Super A'Can
Super A‘Can 是台湾联华电子(通过子公司敦煌科技)于1995年发售的16位机。
Neo Geo
由SNK于1990年推出。由于它是基于街机机版研发，因此与同世代的游戏机相比，有较好的画质及音质。但同时亦令它比其他游戏机昂贵，导致其销量并不突出。此外，亦有较便宜的版本，但删除了记忆卡、随游戏机附送的游戏及额外的控制器。
附加组件
任天堂、NEC及世嘉亦为它们的游戏机设计附加组件，以延长其寿命及竞争力。
NEC在1988年推出CD-ROM²（北美洲称为TurboGrafx CD），于PC Engine能够使用CD作为媒介。虽然这组件在北美洲亦不太成功，但在日本却令PC Engine能够与任天堂竞争。
世嘉亦在1991年及1994年分别推出Mega CD（北美洲称为Sega CD）及Super 32X。前者主要令Mega Drive能够使用CD，提升游戏的容量；而后者则令Mega Drive能够推动32位元的游戏。但两者都未能够获得显著效果，原因包括价钱昂贵、故障率高及推出的游戏太少等。此外，世嘉亦于1994年推出了Sega Channel，提供游戏及金手指等资讯。
任天堂亦于1994年及1995年推出Super Game Boy及Satellaview。前者是将Game Boy的游戏可以在电视上运作；而后者则与Sega Channel相似。但对之后游戏机历史影响最深远则是任天堂曾与索尼合作，拟定推出能够让SNES使用CD光碟的附加组件，但最后合作告吹，而任天堂亦转为与飞利浦合作（虽然最后计划无疾而终）。后来，索尼决定自行继续研发，并于下一世代推出其下第一款游戏机，PlayStation。
比较
其他
销量
掌上游戏机
在第四世代，第一部掌上游戏机是于1989年4月21日发售的Game Boy。虽然对比同时代的主要竞争者拥有彩色画面，Game Boy的画面只有简单的黑白灰色，它创造了3款建立其主导地位的游戏：俄罗斯方块系列、宠物小精灵系列及星之卡比系列。而其后亦推出不少改良版本如第五世代的Game Boy Pocket、Game Boy Color和第六世代的Game Boy Advance，直至2008年才正式停产。
对比其他同世代的掌上游戏机，Atari Lynx拥有彩色画面、背光源及可以最多与16人进行连线游戏等优点，但它相对较短的电池寿命（约4.5小时）、高价格及游戏数量过少令它成为史上销量最差的掌上游戏机之一，只有200万部。
世嘉的Game Gear亦是其中一款在本世代推出的掌上游戏机。它的画面大致上与Sega Master System（色彩较好、但解像度较差）相同，因为能够使用特制的连接器进行上世代的游戏，以及使用较便宜的插座连接手提电视机。但它仍然面对与Lynx相同的问题：电池问题。此外，它笨重的设计（比第一代Game Boy还要略大）及较迟的发售时间都令它不能够与Game Boy竞争。最后，Game Gear于1997年正式停产，转为继续发展其他非掌上游戏机。
此外，NEC亦于1990年推出掌上游戏机PC Engine GT（北美版为TurboExpress），为PC Engine的掌上游戏机版本。虽然它拥有彩色画面及能够使用PC Engine的卡带等优势，但它在电池的消耗比Lynx及Game Gear更差，需要6枚AA级电池但使用时间只有3小时，再加上比Lynx更昂贵的售价，因此其销量只有约150万部。
比较
其他
著名软件
* 超时空之钥（SFC）
* 勇者斗恶龙V 天空的新娘（SFC）
* 勇者斗恶龙VI 幻之大地（SFC）
* 萨尔达传说 众神的三角神力（SFC）
* 最终幻想IV（SFC）
* 最终幻想V（SFC）
* 最终幻想VI（SFC）
* 银河快枪手（MD）
* John Madden Football（SFC、MD）
* 真人快打系列（街机、SFC、MD）
* NHLPA Hockey '93（SFC、MD）
* 梦幻之星II 被召回的时间的终结（MD）
* 圣剑传说2（SFC）
* 光明与黑暗II 古代的封印（SFC）
* 超音鼠（MD）
* 街头霸王II（街机、SFC、MD）
* 怒之铁拳II（街机、MD）
* Super Monaco GP（街机、MD）
* 超级玛利欧世界（SFC）
* 超级玛利欧赛车（SFC）
* 超级银河战士（SFC）
* 超级大金刚（SFC）
* 超级玛利欧 耀西岛（SFC）