2016年8月25日14時，小米科技在北京金隅喜來登酒店召開了紅米Note 4新品發布會，會上小米CEO雷軍宣布紅米手機已累計售出超過1.1億台，隨後由小米科技總裁林斌作為產品主講人，介紹了紅米Note 4的產品相關資訊。發布會為閉門形式，共持續約30分鐘，僅邀請了相關合作媒體及部分自媒體參加，但小米科技亦提供了完整的發布會錄像供米粉觀看。
2016年9月27日，紅米Note 4在中國香港及台灣地區推出[9]。
2017年1月19日，小米科技在印度首都新德里發布了紅米Note 4的印度市場版本。受印度新德里高等法院裁定小米侵犯愛立信相關專利影響[10]，小米無法在印度推出聯發科平台的智能電話，故紅米Note 4的印度市場版本轉用高通驍龍625處理器。
2017年2月13日，小米科技將先期於印度發布的紅米Note 4引入中國大陸，並更名為紅米Note 4X後直接在網絡平台發布。同時小米科技與克理普敦未來媒體合作，使旗下虛擬歌手初音未來擔任紅米Note 4X的代言人，推出了紅米Note 4X初音未來客製化套裝。這也是小米科技首次發售限量客製化套裝。
2017年3月1日及3月14日，紅米Note 4X分別在中國香港及台灣地區上市。
2017年3月30日，小米科技在中國大陸推出紅米Note 4X的聯發科平台高配版，該版本除後蓋改用與紅米Note 4X相同的三段式金屬工藝，並提供了粉色及黑色外，其餘硬件均與紅米Note 4無異。
2017年5月17日及22日，小米科技在中國大陸分別推出了紅米Note 4X的「超值版」及「高配版」（高通平台），為紅米Note 4X高通平台版本追加了3GB RAM/16GB ROM及4GB RAM/64GB ROM兩個新的儲存組合版本。初期該版本僅有淺藍色後蓋可選，其餘配色直至同年11月28日才開始銷售。