HK416是由黑克勒-科赫以HK G36突击步枪的气动系统在M4卡宾枪的设计上重新改造而成，原为M4上机匣套件，现已成为完整的突击步枪推出，亦可以换装上机匣组来改造AR-15而成。
黑克勒-科赫聘请自美军三角洲特种部队退伍的赖瑞·维克斯（Larry Vickers）担任HK416卡宾枪项目的负责人。HK416卡宾枪项目原本称为HKM4，但因为当时柯尔特拥有M4系列卡宾枪的商标专利而控告黑克勒-科赫，并尝试取得有关HKM4及XM8的细节，所以黑克勒-科赫改称其为HK416，并自序号88-000011起在机匣改标为HK416。唯后来在2005年M4一词已在大毒蛇与柯尔特的诉讼中被判为通用名词，因此柯尔特已失去M4一词的商标专利，亦因此如Daniel Defense可合法使用DDM4作为其AR-15系列步枪的名称。而“416”谣传是指M4和M16，但黑克勒-科赫并未证实。
黑克勒-科赫曾欲以HK416参与SCAR的竞标，但由于本身为政府赞助标案之故，避免不公而遭排除在外。
黑克勒-科赫同样推出了HK416的加大口径版本HK417，使用7.62×51 NATO子弹。
HK416采用HK G36的短行程活塞传动式系统，比AR-10、M16及M4的导气管传动式更为可靠，但重量更重。为保证可靠性，其气动系统导入多于正常运作所需的氣體量，亦因此需使用HK的重缓冲才可避免后座力过大及损坏枪械，其中以短枪管型为甚。其冷锻碳钢枪管的寿命约20,000发。
HK416的机匣及护木设有共5条战术导轨以安装附件，采用自由浮置式前护木。枪托底部设有降低后座力的缓冲塑料垫。准星及照门则采用瞄准基线28毫米高的HK传统鼓状照门及柱状准星，后来自416 A3起加入33毫米高的目标孔照门及柱状准星。
HK416的缓冲管亦加上了可调轴承，令调节枪托时更顺畅，枪托亦能在固定时减少晃动。护木亦加上凸块以固定在上机匣，因此只需一颗螺栓便能将护木固定在枪管螺帽上。HK416的护木固定栓使用附带枪背带扣的凸块作扳手拆卸，紧急时亦能使用枪机上的七个锁耳（除去退弹勾上的锁耳）充当扳手拆卸，后来在416 A5起改用了SW11规格螺栓，改用11毫米开口扳手或一字螺钉旋具拆卸。
2007年7月美国陆军的测试场试射中，HK416卡弹233次，赢过M4卡宾枪的882次卡弹（弹匣故障239次，被评为“明显地最差”），但远逊于XM8的127次，而第二名的FN SCAR-L突击步枪也只是卡弹226次。然而在美军当中仍有89%士兵表示信赖M4。但此项测验的样枪，其中M4卡宾枪从基层部队抽调，而其它参与测试的SCAR、XM8、HK416则是厂商提供的全新产品。黑克勒-科赫为HK416标配源自SA80 A2升级的耐海水钢制弹匣和新款透明塑料制STANAG弹匣，可与普通铝制弹匣通用。HK416 D的弹匣井无法使用30发的PMAG Gen 1和Gen 2，但能使用外销用的EMAG，为此Magpul后来推出的PMAG Gen M3加入了HK416 D的相容性。
由于HK416设计基于早期型AR-15，所以其击针仍为早期较重的设计。结合重缓冲，令早期AR-15的撞火击发现象再次出现在HK416上，因此HK在HK416 A1加上了击针保险及击针弹簧。
HK416是M4卡宾枪的改进型，改进分别为：
而后来推出的HK416 IC/A5/A7则分批推出了下列改进：
此外，416 A3装备的可调导气座使得短枪管型在使用抑制器时更可靠，但在使用时曝露出如在不被触碰的情况下自动由N切换到S的问题。HK416的机匣大部分部件是以7075铝合金材质制成，与AR-15系列的枪型类似。HK416的上机匣可装上AR-15系统下机匣，但必需使用军规扳机组（或与其高度相同的击锤）以解开击针保险，并需使用HK重缓冲以避免后座力过大（使用如H3等更重的重缓冲虽能进一步减少后座力，但使用膛压较低之弹药时可导致退弹失败）。
因HK416在美国研制、改良自AR-15枪系结构，而便于惯用AR-15枪系的国家上手。
例如美国警方汰换原本使用的G36，已有操作C7突击步枪经验的挪威国防军在2008年更采用为制式步枪，全面替换原本的AG-3。而土耳其原先也打算以Mehmetçik-1（也称为MKEK-1）的名义仿制该枪以替换HK G3，但计划后来却被取消了，并被更先进及发射7.62×51毫米北约子弹的MKEK MPT-76战斗步枪所取代。
非对称作战群（英语：Asymmetric Warfare Group）曾少量装备HK416，以测试替换M4卡宾枪的可能性，但其后美国陆军宣布不会大量采用HK416，这数百把HK416不久便被回收，原因是军方认为部队应该采用官方通用武器。而联合特种作战司令部属下的一层级（Tier 1）特种作战部队目前则以HK416作为制式步枪。
2016年10月，法国军队宣布将会采用HK416 F（为HK416 A5针对法军要求作出改良的型号）为新型制式步枪，以取代自1970年代起装备至今的FAMAS。这令法国成为继挪威后第二个以HK416作主要制式步枪的国家。2017年，法国的黑克勒-科赫的进口商RUAG Defence宣布将会在法国发售两款基于HK416 F的MR223 A3。
HK416及其衍生型同时在多部电影、电视剧和电子游戏中登场。有关紧凑版本HK416C的登场作品请参见该条目。
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