System LG Optimus 4X HD fabrycznie posiada Androida w wersji 4.0.3 (Ice Cream Sandwich) z nakładką producenta Optimus UI v3.0. Telefon może być zaktualizowany do Androida 4.1.2 (Jelly Bean 1) poprzez program LG PC Suite. System posiada wbudowane funkcje takie jak: integracja SNS, wyjście TV, odtwarzacz MP3/WAV/WMA/eAAC+, organizer, edytor dokumentów, Wyszukiwarkę Google, Mapy, Gmail, głosowe notatki/dialer/komendy oraz inne zintegrowane funkcje. Przeglądarka wspiera HTML5 i Adobe Flash. Quick Memo pozwala na utworzenie zrzutu ekranu oraz rysowanie na nim.
Dla telefonu są też dostępne custom ROM'y. CyanogenMod 11, oparty na Androidzie 4.4, jest dla niego dostępny. Dostępny jest także nieoficjalny CyanogenMod 12.1 (Android 5.1.1).
Obudowa LG Optimus 4X HD posiada prostokątną obudowę z dwoma przypominającymi chrom paskami po bokach telefonu. Telefon posiada zdjemowaną osłonę baterii. Przycisk zasilania umieszczony jest na górnej krawędzi telefonu, a przyciski głośności umieszczone są na jego lewym boku. Front telefonu chroniony jest przez szkło Gorilla Glass pierwszej generacji, która zapewnia ochronę przed zarysowaniem. Po lewej stronie górnej krawędzi znajduje się gniazdo jack 3.5mm.