「M4A1中戦車」（Medium Tank M4A1）は、M4中戦車シリーズで最初に量産が開始された鋳造車体のタイプで、ペンシルヴェニア州ピッツバーグのPSC社（Pressed Steel Car：圧延鋼板・自動車製作所）、オハイオ州のLLW社（Lima Locomotive Works：ライマ機関車製作所）、ワシントン州レントンのPCF社（Pacific Car and Foundry：太平洋自動車製造・鋳造所）の3社が生産を担当した。

LLW社が1942年2月〜1943年8月にかけて1,655両、PSC社が1942年3月〜1943年11月にかけて3,700両、PCF社が1942年4月〜1943年10月にかけて926両生産しており、合計で6,281両が完成している。
しかしM4中戦車シリーズの主砲に採用された37.5口径75mm戦車砲M3は、19世紀末に開発された旧式野砲を戦車砲に改造したもので近い将来威力不足になることは明らかであり、アメリカ陸軍は当初からM4中戦車の主砲を強化する必要性を認識していた。

そして最初に新型戦車砲の候補に挙げられたのが、M10対戦車自走砲の主砲に採用された50口径3インチ（76.2mm）戦車砲M7であった。
この3インチ戦車砲M7は、第1次世界大戦中の1918年に開発された3インチ高射砲M3を車載用に改修したもので、高初速で装甲貫徹力も75mm戦車砲M3より優れており、M4中戦車への搭載にあたっては砲架や防盾を変更すること無く搭載するための改良が行われた。

1942年8月にM4A1中戦車に対して3インチ戦車砲M7が搭載され、射撃試験を実施した結果好成績を収めたため早速1,000両が発注されることになった。
しかし1943年2月から行われた運用試験では砲塔内の作業スペースが少なく、装填などの問題に加え居住性にも難があるとして制式化中止を勧告されてしまった。

しかし主砲の強化が必要であることは変わらず、1943年5月に新たな開発が行われることとなった。
この第2案ともいえる火力強化型は、主砲にT23中戦車への搭載を図って開発された52口径76.2mm戦車砲M1を採用し、砲塔もM4中戦車のものに代えてT23中戦車の生産型の砲塔を流用していた。

T23中戦車の砲塔は76.2mm戦車砲M1を装備する前提で設計されており、M4中戦車のものよりサイズが大きく砲塔内の作業スペースや居住性の問題が改善されていた。
この火力強化型には「M4E6」の試作呼称が与えられて、試作車の製作が開始された。
なおM4E6中戦車は車体についても弾薬を全て車体下部に収め、さらに弾薬庫に水を張ったいわゆる湿式弾薬庫に替えられるなどの改良が行われた。

M4E6中戦車の試作車は1943年7月に完成し試験の結果も良好であったため、翌8月に1,000両が発注されることとなった。
この生産発注と前後する1943年7月には、防御力の強化と生産性の向上を図ったM4中戦車の新型車体が開発されることになった。
この新型車体は前面装甲板が1枚式となり、前述の湿式弾薬庫が採用された。

また1943年春に開発が始められた、渦巻スプリングを水平に置いた強化型サスペンション「HVSS」（Horizontal Volute Spring Suspension：水平渦巻スプリング・サスペンション）も1944年3月に採用が決まった。
併せて、履帯も幅広の新型に換装されている。
76.2mm砲搭載型のM4A1中戦車は1944年1月〜1945年5月にかけてPSC社で3,426両が生産されており、1944年9月の生産車からHVSSが導入されている。