Die Deutsche Bahn schrieb 2008 unter dem Arbeitstitel ICx eine neue Generation von ICE-Triebzügen aus. Sie sollten zunächst die 200 km/h schnellen Garnituren des InterCity und EuroCity ersetzen und erst nach der Auslieferung einer ausreichenden Anzahl auch die alternden ICE 1 und ICE 2. Die Ausschreibung sah neben einer möglichst großen Zahl an Sitzplätzen auch nur eine geforderte Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h und nur optional 280 km/h vor. Zum ersten Mal in der Geschichte war gefordert, dass die Industrie die kompletten Entwicklungskosten trägt und die Bezahlung erst nach Abnahme erfolgt. Die Entwürfe kamen unter anderen von Alstom mit den bereits fertig entwickelten AGV und TGV Duplex.
Als Sieger ging schließlich Siemens hervor, mit Bombardier als Zulieferer mit einem Anteil von einem Drittel. Wie schon beim ICE 3 wird etwa jeder zweite Wagen auf allen vier Achsen angetrieben und erreicht hier eine Dauerleistung von 1.650 kW. Im Gegensatz zum Vorgänger befindet sich jedoch die komplette Antriebstechnik der Wechselstromausführung in den Powercars und ist nicht auf mehrere Wagen aufgeteilt. Nur bei der Mehrsystemausführung befindet sich die Technik für den Betrieb unter Gleichstrom in den nicht angetriebenen Wagen. Einige Züge ohne Mehrsystemausrüstung kommen seit 2019 auch in der Schweiz zum Einsatz und haben dafür zusätzliche Stromabnehmer mit Schweizer Schleifstück. Die Höchstgeschwindigkeit war zunächst auf 250 km/h begrenzt.
Um die geforderte Kapazität zu erreichen, wurde der Abstand zwischen den Sitzen im Vergleich zu den früheren ICE-Zügen verringert. Außerdem kam man von der üblichen Wagenlänge von 26,40 m ab, um mit längeren Wagen den relativen Anteil der Wagenübergänge an der Gesamtlänge zu verringern. Somit kommen nun Mittelwagen mit einer Länge von 28,75 m und Endwagen mit einer Länge von 29,10 m zum Einsatz. Zur Erreichung der notwendigen Festigkeit der längeren Wagen werden diese nun wieder aus Stahl gefertigt, wobei eine neuartige Laserschweißtechnik zum Einsatz kommt.
Als erste Ausführung wurde 2015 der zwölfteilige ICE 4 präsentiert, der bei einer Länge von 346 Metern Sitzplätze für 830 Fahrgäste bietet. Er hat einen Antrieb in sechs Wagen und erreicht damit eine Dauerleistung von 9.900 kW. Seit 2020 sind siebenteilige Züge mit einem Antrieb in drei Wagen im Einsatz. Seit 2021 fahren auch dreizehnteilige Züge, die durch das Hinzufügen eines weiteren Powercars zu einem zwölfteiligen Zug entstanden sind. Grundsätzlich besteht herstellerseitig die Möglichkeit, Züge aus fünf bis vierzehn Teilen zu kombinieren, sofern die jeweilige Kombination ein Zulassungsverfahren erfolgreich durchläuft.
Nach der Einführung der dreizehnteiligen Züge umfasst die Bestellung insgesamt 37 Siebenteiler, 50 Zwölfteiler und 50 Dreizehnteiler. Die Hersteller gehen aktuell davon aus, dass die Produktion der bestellten Züge bis 2023 abgeschlossen sein wird. Eine Änderung, die erst 2021 in Kraft trat war die Anhebung der Höchstgeschwindigkeit bei zwölf- und dreizehnteiligen Zügen auf 265 km/h. Da die Züge bereits für diese Geschwindigkeit ausgelegt waren und bei Testfahrten 292 km/h erreichten, war neben der Zulassung nur eine Anpassung der Software und das Anschreiben der neuen Geschwindigkeit in den Führerständen notwendig. Die siebenteiligen Züge dürfen weiterhin nur 250 km/h fahren, weil sie mit ihrer Ausrüstung nicht das notwendige TSI-Sicherheitslevel erreichen. Für zukünftige, laut eines Gutachtens notwendigen Züge mit einer Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h wird eine komplett neue Bauart von Zügen notwendig sein.