M4卡賓槍

早期

美国海军陆战队在1982年开始采用M16A2步枪（当时由FN承包）和M855弹药来取代老旧的M16A1和M193弹药，而旗下的Force Recon在1983年为因应新弹药的采用，提出室内近身作战武器的需求，此即为取代XM177E1/E2和部分M16A1卡宾枪的XM4计划（有一说则是为因应阿拉伯联合酋长国的需求）。
当时海军陆战队的Force-Recon装备的制式武器为M3A1（非制式武器则是XM177E2），装甲部队也采用M3A1，海军陆战队认为应为其陆战队武力侦察连（Force Recon）及装甲车组成员换装新式卡宾枪。
柯尔特公司的工程师把M16A2的改良成果运用到M653卡宾枪上，将枪管改短至14.5英寸（368.3毫米），采用伸缩枪托和M16A2的鸟笼式防火帽，使用3连发以取代全自动功能，射击方式主要为半自动和三点发射，护木内采用了单层的铝制隔热屏，采用STANAG弹匣供弹。这新型卡宾枪在柯尔特公司产品编号为Model 720，后来被称为XM4。
但国会否决了陆战队的XM4采购预算，Force Recon最后只能以HK MP5-N取代M3A1冲锋枪做为近身距离作战武器。
1988年美国陆军也改采用了M16A2（由Colt承包），并开始进行先进战斗步枪（ACR）的计划，这时又有提供给非前线战斗人员和空降部队的卡宾枪使用需求提出。美国陆军部授命柯尔特公司在陆军部与海军陆战队联合参与下，重新展开XM4的研发和第二阶段的测试。经过进一步测试和改良后，1991年3月枪支正式定型，并命名为“美国5.56毫米北大西洋公约组织口径M4卡宾枪”（The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4）。
M4最大改良为在枪管距离准星座前25毫米的位置上增加一缩颈，用以挂装M203榴弹发射器，此外也能改装成固定枪托；由于M4和M16A2构造十分相似，甚至有高达85%的零件可以互换，因此最初也有人称其为M16A2卡宾枪，主要用于替代M16A1/A2步枪、M3冲锋枪和车辆驾驶员使用的部分9毫米手枪，并于1994年正式列装。
柯尔特公司还有以Model 653（俗称M16A1卡宾枪）为蓝本进行改良，换成可使用M855弹药的14.6英寸枪管，以及采用M16A2型的上枪身和防火帽，研制出另一种射击方式为半自动和全自动的Model 727，整体在1985年定型。柯尔特公司对出口到不同地方的M16A2卡宾枪各有不同的型号编号，出口到各阿联酋的型号为723型，加拿大特许生产的为725型（即C8），为美国海军生产的为727型。柯尔特公司不知从什么时候开始把军用型武器由Model改称RO，但海豹突击队最早在1988年采用RO727，不知道是否1980年代就已经用RO727的称呼。RO727的护木直径比M4的小，这是RO727与M4的明显区别。此外，要从视角上判断护木的类型，除了比较护木粗细与枪管、机匣的比例外，还可以看看散热孔数量。RO727是6孔，而M4系列是7孔。由于RO727的枪管中间没有安装M203榴弹发射器所用的缩颈部位，为了能够挂装M203榴弹发射器，海豹突击队，三角洲突击队及其他一些美军特种部队又要求把M4的枪管换上去使用，但护木还是RO727的护木（或者说与XM4的护木相同），而不是正式定型的M4/M4A1的双层铝隔热罩的粗护木。直到1994年可全自动射击的M4A1推出后，RO727才开始退出美国特种部队的武器库。

后续改良

之后美国特战司令部为整合各特种部队的武器系统，计划采用M4为主要单兵武器，并搭配计划中的SOPMOD系统，开始着手改良M4。
M4主要改良是将三点放改成全自动，但由于全自动射击下容易造成过热的情形，当使用连发方式打完6个弹匣后，护木就烫得不能直接用手去碰，所以护木改良成更粗厚并有两层铝隔热片。另外重要的改良为MIL-STD-1913的实际应用，去除了原有的提把并换成从陆军ACR计划的经验中获得的皮卡汀尼导轨（Picatinny rail），方便安装各种瞄具，1994年8月这项改良也被美军采用。这种平顶（Flattop）构型的M4的最早型号为M4E1（Colt型号为Model 921），后来正式命名为M4A1，并在1994年被USSOCOM采用。
因应USSOCOM的改良，美国陆军也将原本的M4改成粗护木和平顶上机匣，此改良型在柯尔特的型号为Model 920，并以SOPMOD为蓝本发展模组化武器系统（Modular Weapon System）。除了将原有的M4提升至920型外，美国陆军也发展MWS型，采用改良自RIS的导轨转接系统（Rail Adapter System），由4个皮卡汀尼导轨组成，使其可以加装许多附件，RAS还包含有一套备用机械瞄具。搭配RAS的M4型号为925，并曾有短时间被命名为M4E2，最后则以M4或M4 MWS称呼之。
2001年因为911事件而开始驻军阿富汗的USSOCOM，发现M4枪管在全自动射击多个弹匣的情况下容易过热并造成损坏，而当特战人员在高山寒冷的天气下射击M4A1，瞬间的热胀冷缩作用常发生故障的情形，严重的话甚至枪管会炸开。因此紧急改良采用重型枪管。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枪支还配有一重量稍大，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（Heavy Barrel，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M-4A1是包括了921和921HB。

生产

美军曾于第一次波斯湾战争发包给Bushmaster公司生产M4应急。柯尔特并以“M4”注册商标为由，兴讼阻挠Bushmaster、H&K等公司进行军事上的生产或改良。2007年5月，按缅因州当地判决，“M4”非专有名称，柯尔特应撤销其商标使用。
2012年4月，早在2009年7月即取得M4技术资料（Technical Data Package，TDP）权利的美国陆军，宣布雷明登武器公司承包生产，结束柯尔特长期垄断M4军用市场的局面。但柯尔特不愿认输，找出雷明登承包合约中权利金计算错误之处，而获得竞标机会；参与厂商除了柯尔特、雷明登之外，还有Fabrique Nationale。2013年2月，宣布Fabrique Nationale公司得标。

采用

阿布扎比为M4卡宾枪第一个外国用户，但却要求改用M16A1的下机匣，以让M4卡宾枪可全自动射击。
紧凑的外形和强大火力适合近身距离作战使M4系列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。在特种部队和空降部队等快速反应部队中，M4A1是主战武器，美国特种作战司令部（USSOCOM）并把M4A1列为制式步枪。 
除了美军外，M4卡宾枪及其改型/仿制型亦获多国特种部队及特警队所使用，多数出现在近战及城市战亦十分合适。

在美军的采用

美国海豹特种部队在1998年也开始些许采用M4，三角洲部队及美军一些部队也跟进。特种部队之所以选购这种武器，是因为M16A2步枪只有三点发设计，但是因为任务需求更需要全自动射击，加上M16A2步枪的三连发设计不良，如果在射击中过早放开扳机而只打出2发子弹时，那么再扣动扳机时仅能打出1发子弹。
M4卡宾枪首次上阵是1991年的第一次波斯湾战争。
战争爆发前美军发现他们缺少新型步枪，大多数部队仍在使用M16A1，而M16A2则在1986年才开始装备美军部队，数量仍然不足。由于需要尽快获得大量的M16A2和M4，美国国防部特别批准增加M4的供应商。 
位于缅因州的Bushmaster公司得到一份对美军提供M4卡宾枪的合约，为陆军提供了4000把。这批枪在之后的“沙漠之盾”和“沙漠风暴”期间由美军第82空降师所使用。由于美国政府未经柯尔特公司允许就向其他公司提供M4卡宾枪的专利和说明文件，柯尔特公司威胁控告美国政府，最后Bushmaster公司也就只得到这一和美军的合约。
1994年，海军陆战队公布“任务需求说明书v1.14”，该文件指出未来Force-Recon执行任务，应该以M4A1卡宾枪代替MP5-N冲锋枪作为近身距离作战武器。海军陆战队最终购买M4A1卡宾枪，但主要是装备特种部队，但是美国空军却始终没有大量装备M4。
美国陆军目前已经用柯尔特公司的M4卡宾枪替换约10%左右的M16步枪（近20万支）。2008年和2009年该项替换的预算将分别达到9,800万和1.03亿美元。而美国海军陆战队预估进行一项类似的计划，此外美军训练与条令司令部也正在制定整个陆军配发M4的基本原则。
M4卡宾枪系列取代了.45 ACP的M3冲锋枪成为美军工兵、战车驾驶员及非前线部队的装备，限制3发点射的M4卡宾枪多数装备车组成员、机组成员、文书或军官，例如M-1坦克车组成员多年来是使用4支M-3A1冲锋枪作为自卫武器用（现在则改为两支M-4卡宾枪和两把M9手枪）。
近年，对应战术配件的平顶型上机匣及导轨式护木改进型号亦正渐渐取代旧式的M4卡宾枪。M4卡宾枪并不需要辅助发射装置就能发射美军和北约的制式22毫米枪榴弹，而M203型40毫米榴弹发射器也能非常容易地配装到该枪上，不仅给射手提供了点杀伤能力，亦提供了面杀伤能力。

M4/M4A1

M4跟M4A1最主要的分别是，M4拥有“S-1-3”系统（保险／单发／三点发）扳机，而M4A1则拥有“S-1-F”系统（保险／单发／全自动）扳机，早期型采用固定提把。现在，美军所使用的版本分别为Colt 920与Colt 921

M4 MWS模组化武器系统

M4的模组化武器系统（Modular Weapon System）版本，简称M4 MWS（又曾名M4E2），是配备RIS护木的柯尔特M925卡宾枪，并配有大量战术配件。当初配备RIS护木的柯尔特925型卡宾枪经过测试后原被定型为M4E2，但这个名称对已有的卡宾枪安装这个护木后是否需也应更改名称疑问而放弃此称，美国陆军野战手册中则把安装RAS的M-4系列称为模块化武器系统（Modular Weapon System）或简称M-4 MWS。

M4A1卡宾枪

M4A1卡宾枪（M4A1 carbine）是其中一种M4卡宾枪的衍生型，被用作特别作战用途，亦是现在最常见的版本。现时主要装备美军各常规部队及特种部队，包括三角洲特种部队、美国海军海豹部队、美国陆军游骑兵及美国海军陆战队。
2007年4月19日，美国陆军与M16/M4枪系制造商柯尔特，签订一笔总价值高达5080万美金的M4/M4A1卡宾枪生产合约，预计合约内容于2008年7月30日前全数执行完毕。

SOPMOD Block II

第二代的SOPMOD改装套件（又称SOPMOD II），是Block I的更新改进版本。现由多间公司生产，包括KAC（Knight's Armament Company）、ARMS（Atlantic Research Marketing Systems）、Lewis Machine & Tools，而Daniel Defense则生产RIS-II（新一代战术导轨）。
由不同公司生产的M4卡宾枪已在特种部队服役，澳洲特种空勤团使用柯尔特的出口型M4，英国特种空勤团使用加拿大迪玛科SFW。

流行文化

M4卡宾枪也同时出现在许多的娱乐媒体当中，尤其是以21世纪的美军及其特种部队作主题的作品，几乎无处不在：

生存游戏用途

市面上亦有出售M4的生存游戏用枪，而且非常的普遍并受到某些玩家的喜爱。现在M4的生存游戏用枪大多都是由中国大陆、美国、台湾、香港及日本的厂商制造。