Ее схема повторяла предыдущие самолеты Калинина, а размеры почти соответствовали К-3. В конструкции широко использовались детали, узлы и даже целые агрегаты ранних самолетов КБ. Вместе с тем имелся ряд новых решений: стабилизатор с изменяемым в полете углом установки, что дало возможность эксплуатировать самолет с большим диапазоном центровок; универсальная моторама, позволявшая без особых переделок устанавливать моторы близкой мощности разных типов. Главное же отличие заключалось в том, что у К-4 могла быть как металлическая, так и смешанная конструкция, когда на изготовление крыла и горизонтального оперения шло дерево. При этом на одном и том же самолете допускалась полная взаимозаменяемость металлических и деревянных частей. Еще одной особенностью новой машины являлось то, что изначально предполагалось создание не только санитарного варианта, но еще двух: аэрофотосьемочного и пассажирского.

В работе по К-4 КБ Калинина тесно сотрудничало с учеными Харьковского технологического института и ЦАГИ, откуда поступали нормы и методы расчетов, данные по аэродинамическим продувкам и прочностным испытаниям материалов. Это помогло маленькому коллективу, в котором насчитывалось только 10 штатных работников и 10 временных, завершить проектирование самолета всего за два с половиной месяца.

3 мая 1928 г. у сборочных стапелей Харьковского авиазавода собрались на митинг рабочие, мастера, представители украинского правительства. Звучали слова приветствия, пожелания новых успехов в деле создания отечественной авиации: типичное для той эпохи торжество ознаменовало начало производства опытной серии (4 машины) самолетов К-4 с двигателями BMW-IV.

Аэрофотосьемочный вариант

«Громадье» советских планов требовало гигантского объема топографических работ, выполнить которые в сжатые сроки без помощи авиации не представлялось возможным. Опыт аэрофотосьемки в СССР уже имелся, он показал высокую эффективность этого метода, а также целесообразность создания специального самолета. В апреле 1928 г. российское общество «Добролет» заказало своему украинскому собрату «Укрвоздухпути» изготовление двух аэропланов для фотосьемок. Заказчик брал на себя обязательство поставить моторы для этих машин и уплатить за каждый готовый самолет по 53 тыс. руб.