В начале 1960-х годов на основе первой успешной кинофотосъёмки со спутника "Зенит-2" развернулись работы по созданию спутника детального наблюдения «Зенит-4». Он имел более длительный срок активного существования, программный отворот по крену, повышенную точность стабилизации, а также был оснащен принципиально новой длиннофокусной фотоаппаратурой.

Космический аппарат имел корректирующую двигательную установку. На этом в ОКБ-1 завершились работы по созданию спутников-разведчиков. С 1964г. эти работы были продолжены филиалом №3 ОКБ-1. В 1965 году космический аппарат принят на вооружение.

Всего в рамках летных испытаний и штатной эксплуатации было произведено 179 успешных запусков «Зенит-4».