在第二次世界大战爆发前，战斗机武器往大口径方向发展，二战初期大部分新式战机已经安装了20毫米航炮。不过实战证明战斗机需要更大威力的武器，尤其是在面对重型轰炸机这种目标时，尽可能一次有效打击就摧毁它，于是各国纷纷研制更大口径的航炮，其中就包括美国的M4 37毫米机关炮。

M4在研制之初被命名为T9，它由勃朗宁公司设计，柯尔特公司和另一家公司负责生产，因此有时候也称它柯尔特M4。M4在1942年定型量产，少数几款战机安装了它，飞行员对它的评价并不好。这类武器最大的技术问题就是如何降低重量和射击后坐力，并保持火炮必要的作战性能，否则机体无法承受冲击、稳定火线。

M4空重97千克，炮管长1.651米，火炮采用炮管后坐式自动原理，理论射速150发/分钟，炮管后坐行程245毫米，它发射37×145毫米R弹，包括M54高爆弹、M80穿甲弹和M55A1练习弹。M54弹药全重900克，弹头内填充了73克爆炸物，威力比较可观；M80是一种全重1050克的曳光穿甲弹，弹头部分重750克；M55A1是用M54改的，它安装了一个塑料制成的假引信。

为了降低射击后坐力，M4使用的炮弹发射药都比较少，比如M80穿甲弹只有68克，炮弹的出膛速度为610米/秒，它能在460米距离上击穿1英寸（约25.4毫米）厚的装甲板。该炮可以使用5发弹夹、15发弹链或30发环形弹链供弹，弹药只能从火炮左侧供弹，在飞机上只使用环形弹链，这样火力持续性要强一些，战机在作战起飞前需要地勤人员手动给火炮上膛。

M4机关炮看起来还不错，但实际运用时情况就不同了，总共有4款战斗机安装过M4。P-39眼镜蛇和它的改进型P-63眼镜王蛇都在机头安装了一门M4，火炮通过桨毂发射，这两款战机在北非和太平洋使用过；P-38战斗机在研制期间曾在原型机上安装过，量产型用20毫米航炮替换了M4，P-38的放大改进版XP-58原型机则在机头位置安装4门M4。

这4款战机中只有P-39和P-63实际服役过，美军飞行员认可M4航炮的巨大威力，但认为它的炮弹出膛速度太慢、弹道下坠太厉害，实战中难以瞄准。在二战中期，美军士兵寻找损伤的P-39，将它的M4航炮拆卸下来安装到鱼雷艇上作为甲板炮，它们被用来攻击那些在夜间偷摸运输补给的日军登陆驳船，效果非常好。

根据二战时的《租借法案》，苏军也获得了P-39和P-63，不过美国没有提供穿甲弹，只有空战用的高爆弹，苏军飞行员对M4航炮的凭借也不算高，他们欣赏该炮的破坏力，但抱怨其射速太低以及弹药太少。

勃朗宁公司试图改进M4，开发了M10，它将火炮射速提高到165发/分钟，供弹具改为可散的金属弹链，容量增加到58发，一些P-63战斗机安装过M10，贝尔公司研制的XP-59喷气式原型战斗机也安装过。M10没有改变航炮炮弹下坠等问题，后来没再发展。