Il-4 skilte seg fra tidligere DB-3 ved et nytt og mer strømlinjeformet skrog, nye vinger med større vingeareal. Nye og mer moderne produksjonsmetoder ble tatt i bruk og flyet fikk et enklere drivstoffsystem, med antall drivstofftanker redusert til seks tanker, samt en rekke andre forbedringeringer. Il-4 ble utstyrt med to nyutviklede motorer som hadde en ytelse på 1 000 hk hver, og fra 1941 med to oppgraderte på 1 100 hk hver. Bestykningen besto av tre 7,62 mm mitraljøser, hvorav den ene i et bevegelig tårn. Denne ble byttet ut med en 12,7 mm mitraljøse i et oppgradert tårn i 1942.