小米手机4于2014年7月22日下午2点，在北京发布。搭载高通骁龙801(V3)2.5GHz处理器，3GB RAM及16/64GB ROM，后置摄像头为1300万的Sony IMX214，800万前置摄像头，屏幕为5英寸1080p，由夏普和JDI提供；16GB版本售价仍为1999元。

首批小米手机4将搭载MIUI V5系统，是国内最优秀的Android定制UI，更适合国人的使用习惯。MIUI 6于2014年8月16日发布。

软件方面，现搭载基于Android 4.4的MIUI V5系统，将后续升级到最新版本的MIUI 6。

小米手机4，7月29日首发联通3G版，8月推出电信3G版上市，9月9日首发移动版上市。

小米手机4移动4G版在2014年9月9日中午12点在小米官网正式开卖，售价依然是1999元。

小米手机4相较于前代小米手机来说，工艺方面有了较大的进步。边框采用材质奥氏体304不锈钢，由富士康和赫比代工。

其边框经历了严格复杂的锻压成型工艺，历经8次CNC数控机床的加工。锻压成型工艺中的第四步退火，超声波清洗10分钟，水洗20分钟，1000度高温加热1小时，冷却3小时。亮边的处理上，历经13制程，6个多小时的加工；总加工过程多达30小时，工艺复杂度极高。

后盖工艺上，则使用光栅纹；后续将有木纹等其他纹理的后盖单独出售，后盖可用吸盘拆卸更换。

小米手机4将搭载高通骁龙801MSM8X74AC四核2.5GHz处理器；配备3GB LP-DDR3机身内存，16G/64G（eMMC5.0）机身储存。配备5英寸夏普/JDI1080pOGS全贴合屏幕，NTSC色域为84%。

小米手机4主摄像头采用了1300万像素Sony IMX214，拥有F1.8的大光圈，硬件级支持实时HDR，支持4K视频录制。支持每秒10张连拍，0秒无延时拍照支持快速调整曝光度，先拍照后对焦(自动拍摄5张焦点不同的照片合成)，支持动态追焦功能。800万像素的前置相机，拥有F1.8大光圈，80度超广角，支持智能美颜。

小米手机4将内置3080mAh的大电池，不可拆卸，并支持两种快捷充电标准：分别为5V 1.2A和9V2A。其中，9V2A标准的充电器1小时充电60%，2.5小时内充满，充电效率提高15%。

此外，此次小米公司还加入了更人性化的保修政策——即99元/年手机意外险。将承保厂家“三包”之外的维修损失。据悉，众安保险与小米合作的这款手机意外险，只有小米手机用户通过小米官网购买小米4手机的同时才可以一起购买，该份保险提供对于厂家保障范围内未涵盖到的，手机在使用过程中因各种意外导致的损坏提供免费维修，包括意外坠落、挤压、碰撞或进入液体等。