M4A1卡宾枪，是由美国柯尔特公司研制的一款突击步枪卡宾枪、是M4卡宾枪的第一种改进型。
该武器主要设计了一种新的平顶型机匣盖以安装模块化的瞄准系统。
M4A1的主要改进是把原来的固定式提把改为可以安装不同瞄准装置的M1913导轨，
即平顶型机匣、M4A1卡宾枪的射击方式是半自动、三连发和全自动型、
M4A1卡宾枪有值得夸耀的射程和杀伤力、射速高。
1988年由柯尔特公司授命给美国陆军部，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缩短至14.5英寸，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。
M4卡宾枪第一次参加实战是在1991年的海湾战争，战争爆发前美军突然发现他们缺少新步枪，
许多部队仍在使用M16A1，而M16A2只是在1986年才开始陆续装备，有许多部队还没有完成换装。
由于需要尽快获得大量的M16A2和M4，
因此美国国防部批准增加M4的供应商，缅因州的大毒蛇轻武器公司获得一份供应M4卡宾枪的采购合同，
并为陆军供应了4000支M4，这批枪在“沙漠盾牌”和“沙漠风暴” 期间被第82空降师使用，
美国海军陆战队在1982年开始采用M16A2步枪和M855弹药来取代老旧的M16A1和M193弹药
而旗下的美国海军陆战队远征军直属侦察连在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X M177E1/E2和部分M16A1卡宾枪的XM4计划（也有说是为因应阿拉伯联合酋长国的需求）。
当时海军陆战队的美国海军陆战队远征军直属侦察连装备的制式武器为M3A1，
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，
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，
美国海军陆战队远征军直属侦察连最后只能以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，并开始进行先进战斗步枪的计划，
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。
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个缩颈，用以挂装M203榴弹发射器，
另外也能改装成固定枪托；由于M4和M16A2构造十分相似，甚至有85%的零件可以互换，
因此最初也有人称为M16A2卡宾枪主要代替M16A1/A2步枪、
M3冲锋枪和车辆驾驶员使用的部分9毫米手枪，994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年定型除了射击模式外其他地方则与M4完全一样，
因此有些人称这型为M4增强型或海军型M4。
在M4装备部队后，柯尔特又设计了一种用皮卡汀尼导轨代替固定提把的平顶型机匣，方便安装模块化的瞄准装置 。
在1994年8月这项改进也被美军接纳，这就是M4A1卡宾枪。
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，采用固定提把，
只有三点发的M4已被全自动M4A1取代 。
M4A1卡宾枪多被用作特别作战用途，也是最常见的版本。
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。
M4/M4A1卡宾枪在多国特种部队及特警队中都有使用。枪托可做近身武器，相当于刀具。
配有AN/PEQ-2A雷射/红外线指示器的M4A1。
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，
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年被美国特种作战司令部采用。
因应美国特种作战司令部的改良，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
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，
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，最后以M4或M4 MWS称呼之。
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微增加重量，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。
这些武器被称为柯尔特921HB型，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921 HB。
1、杀伤力偏弱（对硬目标穿透力低）
2、射程偏短（5.56NATO子弹通病，短枪管问题更明显）
3、枪身内容易积碳，需经常擦拭保养。
4、标配型枪管较薄，连续射击200发以上时枪管容易过热变形，
大大降低精度，火力持续性偏弱。
M4上装有M26霰弹枪。
M4卡宾枪的设计可追溯至早期卡宾枪版本的M16及XM177，
都是由尤金·斯通纳开发的CAR-15发展而来，
同样采用导气、气冷、转动式枪机设计，
以弹匣供弹及可选射击模式的突击步枪，
而M4的长度比M16突击步枪为短枪管缩短至368.3毫米，重量也较轻，
令射手能在近战时快速瞄准目标，两种有八成的部件可以共用。
一些M4A1装配较厚较重的枪管，以减低全自动开火时所产生的热力，并且加厚铝制隔热层。
美军最初版本的M4卡宾枪只有“单发”及“三点发”模式，
以后的M4A1以“单发”及“全自动”模式取代“三点发”，
M4及M4A1都使用5.56毫米口径的SS109子弹，
而且仍采用M16特有的气体直推传动方式。
配有握把和瞄准器的M4。
M4卡宾枪的护木较短，枪管长368.3毫米，比M16A2短了约140毫米。
枪托为滑动伸缩式枪托，枪托拉出时可采抵肩姿势射击；
而枪托缩入时，可进行腰际射击。
M4的背带不同M16A2/A4的背带连接在枪支的下方而是连接在武器的一侧，
这样士兵在携枪巡逻时可容易随时准备射击。
M4型卡宾枪有两种瞄准具可以配套使用，
一种是光学瞄准具，主要是用来替代M16A2步枪上所使用的机械瞄准具
这种瞄准具主要在白天使用，瞄准时可以看到一个红点，
而红点所在的位置也就是子弹将会击中的位置。另一个是轻型热成像瞄准具，
利用目标的热影像来确定目标。
考虑到士兵在与敌突然遭遇时将会没有时间调整表尺，M4还配备一只专门设计的校射仪，
士兵即可在不需要射击的情况下就可以直接对枪或附加装置进行校正工作。
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。
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增强型或海军型M4
然后柯尔特公司又研制了一种M4的子变体，
主要是设计了一种新的平顶型机匣盖以安装模块化的瞄准系统。
在1994年8月，这项改进被军方采纳，
并把这种平顶型M4正式命名为
美国5.56mm北大西洋公约组织口径M4A1卡宾枪，柯尔特公司编号Model 27。
M4A1的主要改进是把原来的固定式提把改为
可以安装不同瞄准装置的M1913导轨，即平顶型机匣，
此外M4A1的射击方式是半自动和全自动，
就像M16A1。M4A1卡宾枪在美国的特种作战部队中服役，
特别是美国陆军的游骑兵、海军陆战队的武力侦察队和海军的海豹突击队等等。
由于 M4/M4A1射程远杀伤力大精确度高后坐力小可佩带几乎市面上所有附件而结构也非常紧凑，
也受到其他作战部队及非一线作战人员的钟爱。
从1997年11月起，美军陆军全面正式装备M4A1卡宾枪，
到1999年底全部现役部队全部换装M4A1，而原来的M16A2则转交预备役部队和海岸防卫队。
不过尽管平顶型机匣早已投产，但首先装备的M4仍然是带瞄具提把的标准M16A2机匣。
M4和M4A1主要由柯尔特公司和大毒蛇公司生产，此外M4/M4A1也被一些执法机构所采用。
柯尔特公司销售的M4/M4A1的名称已经改为RO777、779、977和979。
另外民间也出现一些民用型的M4/M4A1，有半自动也有全自动，
但为符合相关法规，枪管长度一般都在16英寸或以上。