2005年5月，武汉捷运4号线开始开展预可研报告修编，工程分段分期实施。

武汉捷运4号线车辆驶出青山车辆段车场

2008年11月23日，武汉捷运4号线工程可行性研究报告通过中华人民共和国国家发展和改革委员会专家组的评审，上报国家发改委批准。

2009年4月19日，武汉捷运4号线的《武汉市轨道交通4号线一期工程初步设计》获得专家组的审查通过。7月16日，武汉捷运4号线一期工程武昌区段的拆迁许可证正式获批并发证。7月23日，武汉捷运4号线一期工程区间及车站项目土建施工和监理契约签约仪式举行，武汉轨道交通“工”字型线网的最后一条线路正式进入全面建设阶段。

2009年9月23日，武汉捷运4号线一期工程第6标段经过近二个月的筹备，通过了集团公司组织进行的开工安全控制验评工作，正式开始了地下连续墙施工，武汉捷运4号线一期工程土建施工正式进入施工阶段。

2010年7月7日，武汉捷运4号线一期工程青山车辆段与综合基地土建工程，通过了武汉捷运集团公司组织的开工验评工作检查，该项工程正式开工建设。

2011年3月9日，武汉捷运4号线一期工程工工区间仁和路站至工业四路站左线隧道顺利贯通。6月5日，武汉捷运4号线一期工程工工仁和路站至工业四路站区间率先实现双线贯通。

2012年5月31日，武汉捷运4号线一期工程线网管理服务中心实现主体结构封顶。10月16日，武汉捷运4号线一期工程在岳铁区间铺下第一排轨道。

2013年4月8日，武汉捷运4号线一期工程首列车运抵青山车辆段，进入车辆现场调试阶段。5月6日，武汉捷运4号线一期工程双线26.44千米隧道实现全部贯通。12月6日至9日，武汉捷运4号线一期工程于通过试运营基本条件评审，具备了试运营基本条件。12月28日，武汉捷运4号线一期工程开通试运营。

2009年12月30日，武汉捷运4号线二期工程开始建设。

2012年11月24日，武汉捷运4号线二期工程复拦越江隧道正式开挖。

2013年2月18日，武汉捷运4号线二期工程越江段右线盾构始发。9月30日，武汉捷运4号线二期越江隧道左线盾构机抵达武昌风井。

2014年5月4日，武汉捷运4号线二期工程首列车出厂后顺利运抵青山车辆段。6月14日，武汉捷运4号线越江隧道左线全线贯通。8月7日，武汉捷运4号线二期工程越江隧道右线盾构机在复兴路站出洞。12月28日，武汉捷运4号线二期工程开通试运营。

2014年1月9日，武汉捷运4号线将从黄金口站向蔡甸新农方向延伸，以实现与新汉阳站的贯通。3月，《武汉市第三轮轨道交通建设规划》通过市政府常务会，并上报中华人民共和国国家发展和改革委员会审批。8月，中华人民共和国国家发展和改革委员会已组织专家来汉召开现场评估会。会议决定，同意武汉捷运4号线西延（黄金口站至新汉阳站）等10条线（段）纳入武汉市城市轨道交通第三期建设规划（2015-2021年）。

武汉捷运4号线三期工程（蔡甸线）

2015年6月12日，中华人民共和国国家发展和改革委员会批覆发改基础[2015]1367号，同意武汉市城市轨道交通第三期建设规划（2015-2021年）。12月，武汉捷运4号线蔡甸线凤凰山站点开工。　

2016年12月25日，武汉捷运4号线蔡甸线凤凰山站完成主体结构封顶。

2017年3月15日，武汉捷运4号线蔡甸线知音站正式进行基坑土方开挖。

2019年9月25日，武汉捷运4号线三期（蔡甸线）工程建设完成并通车。

据2019年9月武汉捷运官网显示，武汉捷运4号线起于柏林站，途经汉阳区、武昌区、洪山区3箇中心城区，止于武汉火车站，连线武昌火车站及汉阳火车站。

武汉捷运4号线线路图

截至2013年12月28日，武汉捷运4号线日客流在69806人次。

武汉捷运4号线一期使用的车辆由中国南车集团株洲车辆厂製造的B型车，共订购了90辆车，契约额4亿元人民币。採取6车编组，合计15列。每列车计画载客人数超过2000人。该规划是针对四号线初期日均22万人客运量设计。在将来开通二期线路后，将增加新的车辆混合开行。以上车辆相对于武汉捷运1号线捷运车辆进一步最佳化了设计：为降低车内噪声，车辆安装了降噪环，能降噪约10分贝。武汉捷运4号线二期使用的车辆由中国北车集团长春轨道客车股份有限公司製造，共订购了144辆车。每列宽2.8米，高3.8米，列车长度约118米，每列车定员载客约1440人，最高载员约2000人，最高运行速度80公里每小时，这些基本参数与一期列车相比变化不大。24列车中，两列在中国北车集团位于黄陂区的基地生产。首列汉产列车被命名为“木兰号”，于武汉捷运4号线运行。为避免智慧财产权纠纷，二期车辆相对一期车辆有100余项设计进行了修改了，外观上最显着的区别是一是车灯为两边各一大一小两个圆灯，没有一期列车的“鲨鱼眼”车灯；二是车身稜角更加分明，整体设计上硬朗一些。

编组中的M表示牵引车，Tc表示带驾驶室的拖卡。

武汉捷运4号线拥有两个车辆段，分别是青山车辆段、黄金口停车场，青山车辆段位于武汉火车站东南方，设有停车库、检修库、“列车洗澡房”、综合指挥中心等，可同时停车30列。黄金口停车场位于汉阳区，占地面积约180亩，主要承担武汉捷运4号线汉阳地区的停车、检修功能，停车场一期工程大型车库可同时容纳16列车停放。

武汉捷运4号线设计完成有9个主题车站，特色站分别为：武昌火车站站、仁和路站、岳家嘴站、铁机村站、园林路站、首义路站、复兴路站、钟家村站、五里墩站、王家湾站。并在5个站点设有艺术橱窗，分别是园林路站的《生生不息》，武昌火车站、梅苑小区站、罗家港站、工业四路站四个站的艺术橱窗设计结合各站点的地理位置从下列方案中分别选取合适方案：《寻找美丽新世界》、《绿色生态》、《绿色之乡》、《生态之美》。

武汉捷运4号线兴建初期均由湖北美院的专家和技术人员参与其艺术设计，设计有石雕、玻璃马赛克画、雷射雕塑等不同风格的艺术墙，并对站内艺术品、公共座椅（艺术凳）、艺术橱窗，进行了艺术造型深化设计、创作及製作安装。

武汉捷运4号线一期工程穿越了武昌的商业区、客流集散中心、东湖新城开发区以及杨春湖城市副中心，衔接了武昌火车站和武汉火车站两大铁路枢纽客运站。轨道交通4号线一期工程与武汉捷运1号线、武汉捷运2号线一期工程一起，构成大武汉“工”字型的轨道交通网路，实现了武汉高铁、城铁、捷运“三网”间的快速无缝换乘。（《武汉晨报》 评）

武汉捷运4号线二期工程沿途穿过武昌首义文化区、武昌和汉阳滨江活动区、钟家村商圈、王家湾商圈以及黄金口新城组团。轨道交通4号线二期工程的建成有效的衔接了汉阳和武昌，连通了长江两岸经济带，实现了轨道交通连通三镇，有效带动了三镇均衡发展。至此，汉阳将结束没有捷运的历史，汉口捷运密度加大，武昌捷运数量进一步增加，三镇轨道交通格局加速成“环”。（《长江商报》 评）