So với những mẫu Galaxy Note trước đây, Note 4 có nhiều thay đổi về thiết kế, viền máy không được làm bằng viền nhựa như những dòng máy trước mà thay vào đó là khung kim loại chắc chắn như trên sản phẩm Galaxy Alpha của hãng. Nắp lưng vẫn sử dụng chất liệu nhựa dẻo nhưng hoa văn giả da được làm to hơn tạo cảm giác giống da hơn và có độ bám nhiều hơn so với Note 3.

Sử dụng màn hình rộng 5,7 inch, độ phân giải lên đến 2K (1440 x 2560 pixel) sử dụng màn hình Super AMOLED như trên Galaxy Tab S cho khả năng hiển thị xuất sắc, màu sắc không rực và nịnh mắt giống như những sản phẩm trước đó. Với bút S-Pen trên Note 4 được Samsung nâng cấp có nét vẽ nhạy hơn, nhiều tính năng thông minh hơn và nhiều tùy chọn hơn hứa hẹn sẽ mang lại nhiều trải nghiệm đáng giá cho người dùng.

Máy có camera chính 16 Mpx và camera phụ 3,7 Mpx được trang bị khả năng chống rung quang học cho chất lượng hình ảnh được ổn định hơn, máy có khả năng lấy nét và chụp nhanh. Đặt biệt camera phụ có khẩu f/1.9 và công nghệ Selfie góc rộng bằng cách ghép 3 tấm hình lại với nhau cho tấm hình có góc nhìn rộng hơn.

Galaxy Note 4 vẫn khẳng định được là dòng sản phẩm cao cấp nhất của Samsung khi máy được trang bị bộ xử lí mạnh mẽ với chip xử lí Samsung Exynos 5433 8 nhân, tốc độ 1,9 GHz, bộ nhớ RAM 3 GB, bộ nhớ trong 32 GB hỗ trợ thêm khe cắm thẻ nhớ mở rộng lên đến 128 GB. Note 4 sẽ được cài đặt sẳn hệ điều hành Android 4.4.4 khi được chính thức bán ra. Ngoài những tính năng riêng của dòng Note, Note 4 còn được trang bị những tính năng của Galaxy S5 như chế độ siêu tiết kiệm pin, khả năng bảo mật dấu vân tay, đo nhịp tim.... Máy có dung lượng pin 3220 mAh.