由于以往的CAR-15的有效射程都比较低，终点弹道性能不稳定，1988年由柯尔特公司授命于美国陆军部，在陆军部与海军陆战队联合参与下研制新型的M16卡宾枪。柯尔特公司的工程师把枪管弄短至14.5英寸(370mm)，枪管上增加了一个缩颈用以挂装M203榴弹发射器，采用伸缩枪托，射击方式为半自动和三发点射，护木内采用了双层的铝制隔热屏。这种新型卡宾枪的柯尔特公司产品编号为Model 720，在1991年3月军方正式定型并命名为“美国5.56mm北大西洋公约组织口径M4卡宾枪”(The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4)。由于M4和M16A2非常相似，事实上它们有80%的零件可以互换，因此最初也称为M16A2卡宾枪。M4首先装备82空降师，用于替代M16A1/A2步枪、M3冲锋枪和车辆驾驶员使用的部分9mm手枪，1994年正式列装。柯尔特公司又为海军研制了一种射击方式为半自动和全自动的Model 727，除射击方式外其他与M4完全一样，因此有些人称Model 727为M4增强型(M4 except)或海军型M4。
主要技术数据
全枪长 760／840毫米（托缩／托伸）枪管长370毫米
全枪重 2.54千克 最大射程 600米
初 速 906／921米／秒(ＳＳ109／Ｍ193弹)
理论射速 700—1000发／分 弹匣容量 20—30发
