車站
全線：天宮院站、生物醫藥基地站、義和莊站、黃村火車站、黃村西大街站、清源路站、棗園站、高米店南站、高米店北站、西紅門站、新宮站、公益西橋站、角門西站、馬家堡站、北京南站、陶然亭站、菜市口站、宣武門站、西單站、靈境胡同站、西四站、平安里站、新街口站、西直門站、動物園站、國家圖書館站、魏公村站、人民大學站、海淀黃莊站、中關村站、北京大學東門站、圓明園站、西苑站、北宮門站、安河橋北站。
其中新宮站到天宮院站區間又稱作大興線。公益西橋站、新宮站是一部分區間車的起點或終點站。
新宮站：同捷運房山線的接駁公交（臨1路，捷運新宮站至捷運大葆台站，全程運行時間在20至40分鐘）換乘，在捷運9號線通車前視為與捷運房山線的換乘站。
北京南站：同火車北京南站換乘。乘客可以從捷運站直接到地面上的候車大廳進站上車。現在北京南站作為四號線與京津城際鐵路的換乘站，接待了大量乘坐京津城際來往北京天津的乘客。站台為加寬型站台，足以接待瞬時的大量客流。
宣武門站：同捷運2號線換乘。換乘通道只有60米長，同2號線的換乘可在2分鐘以內完成。不過換乘通道較為狹窄，尖峰時段較擁擠。
西單站：同捷運1號線換乘。兩站站台存在一定距離，換乘的乘客需通過200餘米的換乘通道，步行需4至5分鐘。
西直門站：同捷運2號線、捷運13號線換乘，還同火車北京北站換乘。由2號線去往4號線的乘客在2號線站台中間下樓梯進入4號線站台層即可；其它換成線路則需繞行站廳層。北京北站是北京市郊鐵路S2線的始發站，在西直門站下車可換乘去往清河，八達嶺長城和延慶方向的S2線，S2線的運營車輛為CRH6（又稱NDJ3）的“和諧長城號”動車組。
海淀黃莊站：同捷運10號線換乘。四個換乘通道中，兩個長的約有60米，兩個短的約有30米，均為斜坡。從4號線到10號線換乘僅需1分鐘。
4號線安河橋北至新宮站行車時間約54分鐘，安河橋北至天宮院行車時間約81分鐘。截至2010年1月，4號線的最小發車間隔為2分30秒。4號線在平峰時的發車間隔比其他線路略小，約為4分鐘。在工作日，4號線以大小交路的模式運營，即按一定比例開行安河橋北至新宮站的區間車；在休息日，除列車回庫需要，4號線不額外開行終點到新宮的區間車。
修建歷史
在北京捷運規劃早期，3號線是由香山起點，經由北京大學、動物園、西直門、地安門、東四十條、亮馬橋，直通首都機場的線路，而4號線則是從清河經由北太平莊、新街口、西單、菜市口，到永定門的線路。之後，3號線與4號線計畫合併，各取部分線路，組成最終的4號線。
2004年8月，4號線公益西橋至安河橋北段正式開工建設，總投資153.8億元。2004年12月，香港捷運公司與北京市基礎設施投資有限公司、北京首都創業集團有限公司簽署了4號線投資、建設、運營合作的原則性協定，標誌著4號線成為中國大陸城市軌道交通首個公私合營的線路。三個公司分別於次年2月7日與北京市政府和北京市軌道交通建設管理有限公司草簽了4號線的特許經營協定和項目管理協定。合資的京港捷運有限公司隨後於2005年11月8日成立。
2009年2月11日，4號線隧道全線貫通，全線鋪軌完成超過80%。2009年6月20日進行空載試運行，標誌著全線已經具備通車條件，施工建設開始收尾。8月31日，北京市副市長陳剛同200多名在4號線建設過程中搬遷的居民參與了試乘坐，成為4號線首批試乘乘客。
2009年9月28日下午14:30，4號線較預期提前半小時向公眾開放載客運營。
2010年11月10日下午，北京市交通委首次邀請市民試乘大興線。
2010年12月30日下午，大興線各站開始營業，捷運4號線和大興線實現貫通運行。
2011年7月5日上午，動物園站A出口扶梯發生失控的嚴重事故：扶梯按反方向行駛;造成1人死亡，30人受傷。自從事故發生後，全市排查扶梯。
服務
由於是由港鐵公司的子公司運營，4號線同港鐵一樣，禁止乘客在車內和車站內飲食。在香港，有明確的法令禁止乘客在車廂內飲食，港鐵公司也可以對經勸阻仍堅持飲食的乘客罰款。而在北京，這樣做沒有法律依據，所以工作人員主要將對進食乘客進行勸阻。4號線列車及車站的英文廣播，聲線和格式也大致與港鐵的一致。
在無障礙設施方面，4號線為乘輪椅的乘客在各站站台側面設了1.1米高的求助電話，還有寬閘機、盲道、為色弱人士準備的特殊導向標誌，以及為聽力障礙人士準備的電子顯示和警示系統。
4號線引入了中國移動的GSM信號和TD-SCDMA的3G信號和中國聯通的WCDMA信號，這是北京捷運首次引入3G信號。此外，4號線還全線引入了中國工商銀行、中信銀行和中國郵政儲蓄銀行的自動櫃員機。
