隨着M16A2的研製成功，美軍也開始考慮為特種部隊研製發射SS109/M885彈的新型卡賓槍了。就像M16A2一樣，這種新型卡賓槍也是根據海軍陸戰隊的需求而在1983年開始設計的。當時海軍陸戰隊的武力偵察連（Force Recon）正式裝備的小型肩射武器只是M3A1「注油槍」（非正式使用的是XM177E2），而裝甲車組成員也是使用M3A1，海軍陸戰連認為應該為這些人提供一種卡賓槍。最初柯爾特公司為海軍陸戰隊研製的M16A2卡賓槍基本上只是把M16A2上的改變應用到653型卡賓槍上，即更換了1/7纏距的14.5英寸（368mm）重型槍管，改用M16A2消焰器，用3發點射代替全自動射擊，改用M16A2的機械瞄準具。這種M16A2卡賓槍在1985年完成設計，柯爾特公司的型號編號為720型，而在軍方的測試計劃中稱為XM4。但國會否決了海軍陸戰隊的XM4采購預算，結果武力偵察連不得不採用海軍的HK MP5-N沖鋒槍來代替老舊的M3A1沖鋒槍，而其他的美軍特種部隊則在1988年開始使用的RO727等其他M16A2卡賓槍。
美國陸軍的試驗與鑒定司令部（TECOM）在1986年4月重開XM4卡賓槍的研製工作和第2階段試驗。經過進一步試驗和改進後，XM4在1991年3月被正式定型並命名為「美國5.56mm北大西洋公約組織口徑M4卡賓槍」（The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4）。M4與其他M16A2卡賓槍最明顯的區別特徵是其槍管在距離準星座前25mm的位置上加工了一個縮頸的形狀，這是在後來的試驗中為了掛裝M203榴彈發射器而作出的改動。為了能夠掛裝原有的M203榴彈發射器，M16A2在護木內的槍管直徑與M16A1是相同的，但卡賓槍的護木較短而護木外又採用M16A2式的厚槍管，因此柯爾特的工程師就在護木外的槍管中段加工了這個縮頸，這樣就能掛裝M203榴彈發射器。固定槍托也能裝上去用，但在美軍中並不常見有這樣做的。
M4卡賓槍還把原本只有兩個固定位置的伸縮式槍托改為有四個固定位置，再後來又改為六個。另外M4的照門雖然是M16A2式的，但表尺最遠只可調到600米，而非M16A2的800米。由於下機匣是M16A2的，因此射擊方式為半自動和三發點射。由於M4和M16A2非常相似，事實上它們有80%的零件可以互換，因此最初也稱為M16A2卡賓槍。M4首先裝備82空降師，用於取替M16A1/A2步槍、M3A1沖鋒槍和車輛駕駛員使用的部分9mm手槍，1994年正式列裝。
M4卡賓槍首次參加實戰是在1991年的海灣戰爭，戰爭爆發前美軍突然發現他們缺少新步槍，許多部隊仍在使用M16A1，而M16A2隻是在1986年才開始陸續裝備，有許多部隊還沒有完成換裝。由於需要盡快獲得大量的M16A2和M4，因此美國國防部批准增加M4的供應商，緬因州的大毒蛇輕武器公司（Bushmaster Firearms）獲得一份供應M4卡賓槍的采購合同，並為陸軍供應了4, 000支M4，這批槍在「沙漠盾牌」和「沙漠風暴」期間被第82空降師使用，據說施瓦茨科普夫將軍（Schwarzkopf）的衛兵也是使用大毒蛇M4。然而當時美軍還沒有取得M4的生產權（因為美國已經獲得M16的生產權，因此當年才能把M16A2的生產合同判給FNMI），柯爾特威脅將會控告美國未經許可就向其他公司轉讓M4的工藝文件，結果大毒蛇就只得到這一份M4的采購合同。
來源：遊民星空