俄國是較早裝備馬克沁機槍的國家之一，在19世紀末進行了大量的測試，曾嘗試了11.43毫米、10.67毫米等少見口徑，後來選擇了7.62毫米口徑，經過不斷地修改優化，最終發展成對俄軍和蘇軍都影響深遠的M1910重機槍，這款機槍的一個有趣的變型就是ZPU M4防空機槍。
ZPU M4是蘇聯在20年代研製的防空裝備，當時空軍已經成長為一個全新的軍種並表現出很強的威懾力，防空機槍和小口徑防空炮在當時很受歡迎，畢竟當時飛機的技術也不算很強，防空機槍已經能夠滿足大部分時候的作戰需求。
1928年，炮兵總局指示圖拉武器工廠以M1910機槍為基礎研製2聯、3聯和4聯的防空機槍，其中4聯版的就是ZPU M4，也是知名度比較高的。
之所以採用多聯裝的舊式機槍，一方面是M1910機槍本身可靠性高，彈道特性符合當時的防空需求，直接省去了機槍的研製過程，而多聯裝的結構只是為了簡單粗暴的提升火力密度。沒錯，事情就是這麼簡單。
防空機槍擁有一座堅固的支架，它可以安裝在汽車或船舶甲板上，也可直接安裝在平整地面上，機槍後方有抵肩結構，射手用它抵住肩膀操作機槍移動方向並射擊。
4挺機槍並排安裝，共同俯仰或水平移動，水平方向旋轉沒有限制，俯仰角度在-10°~85°。每挺機槍下方安裝彈藥盒，起初每個彈藥盒容納250發彈藥，後來增加到500發甚至1000發，對於單挺每分鐘600發射速的機槍來說彈藥量非常的充足。
機槍保留了水冷套筒，冷卻水通過管道與下方的水箱循環，冷卻水補充通過手動泵完成，每挺機槍內容納大約4升冷卻水。
機槍使用環形瞄準具，可以攻擊最大1400米高度的目標，對航速500千米/小時以下的低空目標具有較大威脅，4挺機槍噴射的火舌別說命中目標，密集的彈幕看起來就能嚇倒不少菜鳥飛行員。
每挺ZPU M4防空機槍需要3名乘員操作，其中射手1名，另外兩人負責補充彈藥，或者接替受傷的射手作戰等。
在30年代，蘇聯對ZPU M4機槍進行了升級，其中優化了瞄準設備，有文章提到安裝2倍徑光學瞄準鏡和限象儀，不過老照片中基本都是環形瞄準具。
原本光滑的圓柱形水冷套筒增加縱向凹槽強化結構，內部的冷卻水也被更換，原本機槍直接使用普通水進行冷卻，可是冬季水結冰膨脹可能脹破水冷套筒，射擊升溫後水要麼漏光要麼快速蒸發並產生水蒸氣，新的冷卻液基本採用一半水和一半的甘油，另外再加入0.1％的氫氧化鈉，據說這種防凍的冷卻液在零下50°都不會結冰。
二戰爆發時蘇軍手中裝備了很多ZPU M4防空機槍，衛國戰爭爆發後這些機槍發揮了很大作用，在著名的布列斯特要塞戰鬥中蘇軍防空營將機槍平射掃射敵步兵，密集的火力打得德軍步兵寸步難行，後來機槍被航彈破壞後德軍才得以推進。
至少在衛國戰爭前期，ZPU M4機槍很多時候還是在執行它的本職工作，但在1943年春季後它已經無法應對性能更好的飛機了。ZPU M4的生產工作持續到1945年，之所以能堅持這麼久，主要是這款防空機槍被證明是非常高效的反步兵武器，因此1943年後它在戰場上大部分時候都是當成重機槍使用。
芬蘭軍隊在交戰中也繳獲了一些ZPU M4，不知道是出於輕量化需求還是無法提供蘇軍那樣的冷卻液，芬蘭人在套筒上開洞變成風冷機槍，這點重量變化顯然對笨重的機槍沒什麼作用，反而降低了火力持續性。
二戰後ZPU M4從蘇軍裝備中退役，新的防空機槍取代了它的位置，一些機槍被運輸到其他國家使用，越戰期間ZPU M4還被用來對抗過直升機。