Planują zniszczenie świata za pomocą stacji kosmicznej o nazwie Final Weapon.
Rozgrywka Jak w poprzednich grach, gracz musi pokonać 8 Mavericków (Web Spider, Magma Dragoon, Frost Warlus, Storm Owl, Jet Stingray, Slash Beast, Split Mushroom, Cyber Peacock) i zbierać 8 heart tanków rozmieszczonych po pierwszych ośmiu etapach. W przeciwieństwie do 3 poprzednich gier, liczba sub-tanków jest ograniczona do 2, a zarazem jest wprowadzony Weapon Tank i EX-Tank. Jako jedyna gra z tej serii, Mega Man X4 obsługuje full motion video (FMV). Gracz ma do wyboru 2 postacie: X i Zero. X może strzelać z dystansu i zbierać części do zbroi, natomiast Zero jest orientowany w broni białej. Jeśli gracz wybierze X, zostanie powitany przez Double, który, jak później się okaże, że jest agentem pracującym dla Sigmy. Natomiast, jeśli gracz wybierze Zero, Iris będzie jego nawigatorką, z którą Zero musi walczyć, ponieważ Zero zabił Colonel. X może używać broni zdobytej od mavericków (Rising Fire, Frost Tower itd.), a Zero uczy się technik, które mogą mu pomóc (Hienkyaku, Tenkuuha, itd).