2016年8月25日14时，小米科技在北京金隅喜来登酒店召开了红米Note 4新品发布会，会上小米CEO雷军宣布红米手机已累计售出超过1.1亿台，随后由小米科技总裁林斌作为产品主讲人，介绍了红米Note 4的产品相关信息。发布会为闭门形式，共持续约30分钟，仅邀请了相关合作媒体及部分自媒体参加，但小米科技亦提供了完整的发布会录像供米粉观看。

2016年9月27日，红米Note 4在中国香港及台湾地区推出[9]。

2017年1月19日，小米科技在印度首都新德里发布了红米Note 4的印度市场版本。受印度新德里高等法院裁定小米侵犯爱立信相关专利影响[10]，小米无法在印度推出联发科平台的智能手机，故红米Note 4的印度市场版本转用高通骁龙625处理器。

2017年2月13日，小米科技将先期于印度发布的红米Note 4引入中国大陆，并更名为红米Note 4X后直接在网络平台发布。同时小米科技与克理普敦未来媒体合作，使旗下虚拟歌手初音未来担任红米Note 4X的代言人，推出了红米Note 4X初音未来定制套装。这也是小米科技首次发售限量定制套装。

2017年3月1日及3月14日，红米Note 4X分别在中国香港及台湾地区上市。

2017年3月30日，小米科技在中国大陆推出红米Note 4X的联发科平台高配版，该版本除后盖改用与红米Note 4X相同的三段式金属工艺，并提供了粉色及黑色外，其余硬件均与红米Note 4无异。

2017年5月17日及22日，小米科技在中国大陆分别推出了红米Note 4X的“超值版”及“高配版”（高通平台），为红米Note 4X高通平台版本追加了3GB RAM/16GB ROM及4GB RAM/64GB ROM两个新的存储组合版本。初期该版本仅有浅蓝色后盖可选，其余配色直至同年11月28日才开始销售。