Come per molte altre "autovías" spagnole, l'A-4 nasce dal raddoppio di una strada nazionale, in questo caso la N-IV. I primi 4 km a doppia corsia, in uscita da Madrid, vennero aperti al traffico nel 1968 e nel 1989 nello stesso tratto venne realizzata la 3ª corsia. La maggior parte del tracciato, comunque, venne aperto tra il 1987 ed il 1992, in occasione dell'Expo 1992 che si tenne a Siviglia. Tra il 2011 ed il 2015 furono realizzati importanti lavori di ammodernamento con la realizzazione di varianti e la modifica di parte del tracciato. Per la parte ancora mancante di autostrada di circa 70 km tra Dos Hermanas (a sud di Siviglia) e l'aeroporto di Jerez, nel 2009 ne è stata decisa la costruzione mediante il raddoppio della strada nazionale N-IV; tali lavori sono stati divisi in due lotti: il primo (Dos Hermanas - Los Palacios y Villafranca) risulta in costruzione mentre per il secondo (Los Palacios y Villafranca - Aeroporto di Jerez) ad oggi (2018) i lavori non risultano ancora avviati.