Создана 5 мая 1943 г. (директива Ставки ВГК от 16 апреля 1943 г.) путем преобразования 24-й армии в составе Степного военного округа. В нее были включены 20-й и 21-й гвардейские стрелковые и 3-й гвардейский танковый корпуса. 3 июля выведена в резерв Ставки ВПС, 18 июля включена в состав Степного фронта, а 23 июля вновь выведена в резерв Ставки ВГК. С 13 августа вошла в состав Воронежского фронта и участвовала в Белгородско-Харьковской стратегической наступательной операции. Развивая наступление, ее войска вышли к Днепру и форсировали его. 2 сентября армия переподчинена Степному фронту (с 16 октября 2-му Украинскому фронту). В ноябре-декабре она вела бои по расширению плацдарма на криворожском направлении. В январе 1944 г. 4-я гвардейская армия участвовала в Кировоградской наступательной операции, а с 24 января по 17 февраля действовала на направлении главного удара фронта в Корсунь-Шевченковской операции. К 3 февраля войска армии во взаимодействии с другими армиями 2-го и 1-го Украинских фронтов создали внутренний фронт окружения, а к 18 февраля завершили разгром корсунь-шевченковской группировки противника. В марте-апреле армия участвовала в Уманско-Ботошанской операции, в ходе которой ее соединения форсировали Днестр и вышли с севера на подступы к Кишиневу. В августе армия участвовала в Ясско-Кишиневской стратегической наступательной операции, 5 сентября выведена в резерв Ставки ВГК, а 3 ноября передана в состав 3-го Украинского фронта. Принимала участие в Будапештской стратегической наступательной, Балатонской фронтовой оборонительной и Венской стратегической наступательной операциях.

Расформирована в марте 1947 г.

Командующие: генерал-лейтенант Кулик Г.И. (апрель-сентябрь 1943 г.); генерал-лейтенант Зыгин А.И. (сентябрь 1943 г.); генерал-лейтенант Галанин И.В. (сентябрь 1943 г. — январь 1944 г., февраль-ноябрь 1944 г.); генерал-майор Рыжов А.И. (январь-февраль 1944 г.); генерал-лейтенант Смирнов И.К. (февраль 1944 г.); генерал армии Захаров Г.Ф.(ноябрь 1944 г. — март 1945 г.); генерал-лейтенант Захватаев Н.Д. (март 1945 г. — до конца войны).

Члены Военного совета: полковник, с августа 1943 г. генерал-майор Гаврилов И.А. (апрель 1943 г. — август 1944 г.); полковник Шепилов Д.Т. (август 1944 г. — до конца войны).

Начальники штаба: генерал-майор Верхолович П.М. (апрель 1943 г. — март 1944 г.); генерал-майор, с апреля 1945 г. генерал-лейтенант Деревянко К.Н. (март 1944 г. — до конца войны).