Nikon D4 hadir sebagai kamera DSLR kelima dari Nikon dimana D4 ini hadir dengan resolusi 16 megapiksel, mengikuti jejak D3S 12 megapixel dengan berbagai perombakan total pada fitur perekamanan video dan sejumlah perbaikan ergonomis.

Nikon D4 hadir dengan resolusi tinggi 16,2 megapiksel dengan sensor CMOS full-frame yang dapat merekam momen 10 frame per detik dengan autofokus. Kamera ini juga mampu menghadirkan pilihan ISO dari 100 hingga 12.800 yang dapat diperpanjang dari 50 hingga 204.800. Perubahan signifikan pada sektor video dan kamera ini menggunakan bahan serat karbon yang mampu digunakan hingga 400.000 pengambilan gambar.

Perubahan teknis terbesar pada penambahan sensor metering 91.000 pixel. Sensor ini juga digunakan untuk memainkan peranan penting dalam pelacakan subjek, white balance dan Active D-lighting, selain sekedar metering. Sensor resolusi tinggi ini juga memungkinkan pendeteksian wajah pada saat pengambilan gambar melalui viewfinder.

Pada body kamera, terjadi perubahan ergonomis pada Nikon D4 ini, dimana kamera ini tidak lagi memiliki tombol khusus AFL. Ditambahkan juga sebuah karet untuk memberikan pegangan yang lebih baik saat posisi vertikal, serta terdapat tombol tambahan disebelah tombol shutter vertikal. Pada sisi kontrol juga terdapat perubahan yang bertujuan untuk memberikan kecepatan dan kemudahan untuk pengguna.

Nikon D4 juga memiliki sensor autofokus baru, dimana peningkatan dilakukan agar dapat melakukan fokus pada kondisi kurang cahaya. Modul sensor juga telah didesain ulang yang memungkinkan beroperasi dengan penggunaan lensa lambat. Pada 9 titik fokus sentral akan terus berfungsi sebagai titik fokus cross-type bila menggunakan lensa dengan aperture maksimum f5.6 dan f8.

Perubahan juga terjadi pada sistem Auto ISO yang mampu mendeteksi panjang fokus lensa. D4 juga menggunakan bentuk baterai baru EN-EL18 yang tidak kompatibel dengan kamera sebelumnya D3 ataupun D3S. Baterai EN-EL18 memiliki kapasitas 21,6Wh dengan kemampuan merekam momen hingga 2600 kali.

Nikon D4 menggunakan 2 slot memori yaitu slot Compact Flash dan slot* XQD. D4 ini merupakan kamera pertama yang menghadirkan slot kartu XQD yang diciptakan oleh Asosiasi Compact Flash.

Peningkatan dilakukan pada layar LCD yang lebih besar dari D3s, dimana menggunakan layar 3,2 inci dengan 921.000 titik. D4 juga hadir dengan pemancar WiFi WT-5. Pada dasarnya, Anda dapat melakukan login ke kamera Anda dengan username dan password menggunakan laptop, tablet ataupun ponsel pintar. Melalui web browser standar, Anda dapat mengatur berbagai parameter, seperti mode exposure, kecepatan shutter, aperture, exposure compensation, ISO, white balance dan masih banyak lagi. WT-5 ini terhubung pada soket di sisi kiri bawah, sedangkan pada sisi tengah terdapat soket headphone dan mikrofon, dan di kanan bawah terdapat soket ethernet.

Melalui web juga memungkinkan Anda untuk mengontrol kamera secara bersamaan, termasuk melakukan pengambilan foto secara bersamaan. Pengguna juga dapat melakukan autokus hanya dengan menyentuh layar iPhone dan iPad, karena seluruhnya dapat dioperasikan melalui web, pengguna tidak harus secara fisik berada di dekat kamera.

Nikon D4 menggunakan bahan material magnesium alloy, akan hadir dengan kisaran harga US$5999,95. Bersamaan dengan kehadiran Nikon D4 di CES 2012, Nikon juga meluncurkan lensa terbarunya yaitu AF-S Nikkor 85mm f/1.8.