M4卡宾枪（M4 carbine）是M16突击步枪的缩短版本，获世界各国的军队及警队采用。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。

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。

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。

虽然M4系列具有紧凑及轻巧等优点，但它的短枪管令出口初速及火力降低，缩短的导气系统令射击声音增大，枪管过热亦较快。而沿用M16的导气系统，开火时是依靠气体推动整个系统。一些武器专家认为，它直接将气体导入开火装置，容易携带碳渣，从而产生污垢和热量，造成润滑剂干燥，可能会在沙漠地区出现可靠性问题。