Nonostante l'avvio della produzione in serie del carro medio M3 nell'estate del 1941, lo sviluppo di una versione migliorata con un cannone da 75 mm alloggiato in una torretta rotante ebbe inizio ancor prima, durante l'inverno dello stesso anno. Furono realizzati due prototipi nell'autunno del 1941. L'esercito era perlopiù soddisfatto della versione migliorata, ma richiese ulteriori miglioramenti. Come risultato, il veicolo perse i portelli laterali e la mitragliatrice sulla cupola del capocarro. Il 5 settembre 1941, il Comitato degli armamenti consigliò la standardizzazione del veicolo sotto la nomenclatura di carro medio M4.
Le caratteristiche si riferiscono a veicoli con equipaggi addestrati al 100%.