M13/M14対空自走砲に搭載されたニューヨークのW・L・マクソン社製のM33機関銃架は、ユタ州オグデンのブラウニング火器製作所製の12.7mm重機関銃M2を連装で装備するものであったが、やや火力不足が指摘されたため、新たに12.7mm重機関銃M2を4連装で装備するT60機関銃架が開発され、これをM2ハーフトラックの車体に搭載したT37対空自走砲が製作されて試験に供された。

しかしアメリカ陸軍当局を満足させる性能を発揮できず、改良型のT60E1機関銃架を搭載したT37E1対空自走砲も製作されたものの、やはり性能不足であった。
一方T37およびT37E1対空自走砲の開発と並行して、M33機関銃架をベースにこれを4連装としたT61機関銃架がマクソン社で開発され、T61機関銃架をM3ハーフトラックの車体に搭載したT58対空自走砲が1942年8月に製作されて試験に供された。

試験の結果は極めて良好で、T61機関銃架に小改良を加えたものが1942年12月にM45機関銃架として制式化された。
同時にM45機関銃架をM3ハーフトラックの車体に搭載したものが、「M16多連装自走砲」（Multiple Gun Motor Carriage M16）、レンドリース向けのM5ハーフトラックの車体に搭載したものが、「M17多連装自走砲」（Multiple Gun Motor Carriage M17）としてそれぞれ制式化された。

また、M45機関銃架を2輪トレイラーに架装したM51牽引対空砲も制式化され、これは歩兵師団に配備された。
1944年9月にはM45機関銃架の後部に作業用プラットフォームが追加され、これはM45D機関銃架として制式化された。
M45機関銃架の俯仰角は−11.5〜＋90度で、全周旋回に要する時間は約5秒という高速旋回性能を有していた。

また、12.7mm重機関銃M2は1挺当たりの最大発射速度が550発/分なので、4挺合計で最大2,200発/分の弾幕を張ることができた。
M16対空自走砲の生産は1943年5月からオハイオ州クリーヴランドのホワイト自動車で開始され、1943年に2,323両、1944年に554両の合計2,877両が完成した。

また、既存のM13対空自走砲から628両がM16対空自走砲に改造され、総生産数は3,505両に及んだ。
さらに、1944年6月の「ノルマンディー上陸作戦」（Operation Neptune：ネプチューン作戦）直前、在英のアメリカ第1軍の要請で、M51牽引対空砲から取り外したM45機関銃架を、M2またはM3ハーフトラックに搭載したM16B（別名M16「ワスプ」（Wasp：スズメバチ））対空自走砲も321両生産されている。

一方、レンドリース向けのM17対空自走砲の方は、1943年12月からイリノイ州シカゴのインターナショナル・ハーヴェスター社で生産が開始され、1943年に400両、1944年に600両の合計1,000両が完成した。
完成したM17対空自走砲は、全てソ連への供与に回された。
M16対空自走砲はM15対空自走砲と共に、アメリカ機甲師団の対空砲兵中隊に各8両ずつ配備され、アメリカ陸軍の対空火器の中核となった。

もっとも、第2次世界大戦においては終始アメリカ軍が制空権を掌握していたため、対空攻撃より対地攻撃に威力を発揮した。
弾道低伸性に優れた巨大な12.7mm重機関銃弾には、たった1発で人体を上下に分断するほどの威力があったが、それを最大で2,200発/分も発射するM16対空自走砲の水平弾幕射撃は、敵歩兵にとって悪夢以外の何者でもなく、「ミート・チョッパー」（Meat Chopper：肉切り包丁）の仇名で畏怖された。

M16対空自走砲が対空戦闘に華々しく活躍した数少ない戦例には、1945年3月のレマーゲン鉄橋を巡る防御戦闘がある。
M16対空自走砲はM15A1対空自走砲と共に、第2次世界大戦終了後もアメリカ陸軍に残り、さらに既存のM3ハーフトラックの車体にM45機関銃架を搭載したM16A1対空自走砲も1,662両生産された。

M16A1対空自走砲はM16対空自走砲と違って、戦闘室の側面と後面の上部装甲板を折り畳むことができないため、装甲板と干渉しないようにM45機関銃架は一段高い位置に設置された。
また戦後仕様のM16/M16A1対空自走砲には、弾薬装填手を防護するための「バットウィング」（Bat Wing：コウモリの翼）型の装甲板がM45機関銃架の左右に追加された。

1950年6月に勃発した朝鮮戦争では、アメリカ軍は共産軍の人海戦術に対して突撃破砕用にM16対空自走砲を投入し、多大な戦果を挙げた。
1953年12月からM41ウォーカー・ブルドッグ軽戦車の車体をベースとし、ミシガン州オーバーンヒルズのクライスラー社製の56.3口径40mm対空機関砲M2A1を連装で装備するM42ダスター対空自走砲の生産が開始されたことにより、M16対空自走砲は第一線を退くこととなったが、1960年代に入っても州兵部隊で使われ続けていた。

1967年7月にニュージャージー州ニューアークで起こったニューアーク暴動でも、州兵装備のM16対空自走砲が数両出動している。
第2次世界大戦中、M16対空自走砲は海外への供与が制限されており、わずかに研究用として2両がイギリスに送られた他、70両が自由フランス軍に引き渡されたのみである。

しかし戦後はその多くが余剰兵器となったために、徐々にNATO諸国その他のアメリカの友好国に譲り渡されていった。
日本の陸上自衛隊にも、168両のM16対空自走砲が供与されている。
イスラエルでは供与されたM16対空自走砲の武装を、フランスのイスパノ・スイザ社製の85口径20mm対空機関砲HS404に換装し、「TCM-20」の呼称で使用した。

1973年の第4次中東戦争（ヨム・キプール戦争）では、TCM-20対空自走砲はイスラエル軍の野戦防空部隊が挙げた撃墜戦果の6割に当たる26機を撃墜している。
イスラエル軍がM113装甲兵員輸送車の車体に、コネティカット州フェアフィールドのジェネラル・エレクトリック社製の75.9口径20mm6砲身ヴァルカン砲M168を搭載した、M163対空自走砲をアメリカから導入した後も、TCM-20対空自走砲は1980年代を通じて予備役部隊に残っていた。