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在遊戲機歷史中，第四世代（或普遍稱為「16位元時代」）是以1987年10月30日在日本發售，由日本電氣（NEC）研發的PC Engine（北美版稱為TurboGrafx-16）作為開始。雖然PC Engine是第一部發售的第四世代遊戲機，在日本銷量亦只是僅次於超級任天堂（Super Famicom，簡稱「SFC」，北美版稱為Super Nintendo Entertainment System，簡稱「SNES」），但在北美洲，遊戲機的銷量主要為任天堂的超級任天堂與SEGA（Sega）的Mega Drive（北美版稱為Sega Genesis）之爭。任天堂成功繼承在第三世代建立的基業，而超級任天堂亦成為第四世代銷量最高的遊戲機。而SEGA亦在此世代發得重大成功，並創造出能夠與任天堂的吉祥物瑪利歐競爭的角色——音速小子。除此之外，雖然有不少公司推出其他種類的遊戲機，但沒有一款獲得成功。同時亦有不少公司認為遊戲機市場已經逐漸成熟，並計劃在將來推出自家研發的遊戲機。當2004年由SNK開發的Neo Geo停產後，維持17年的第四世代正式結束。
第四世代遊戲機與第三世代的分別：
PC Engine是由Hudson Soft及日本電氣（NEC）共同研發，在1987年10月30日在日本發售。1989年8月，PC Engine以TurboGrafx-16的名稱於北美洲發售。
在發售初期，PC Engine在日本獲得不俗的成績。在1988年及1991年，NEC分別發售能夠讓PC Engine使用CD的附加組件，及結合PC Engine及CD系統的遊戲機PC Engine Duo（北美版稱為Turbo Duo）。
在美國，NEC亦創造了吉祥物PC原人（在北美洲稱為Bonk），並在1990年至1994年期間出現在大部份的PC Engine廣告。雖然這宣傳策略在開始發得成功，尤其是大城市，但在小城市卻後勁不繼。而主要原因是因為NEC缺少大量的推廣人員及並不注重店舖宣傳。
由於PC Engine的銷量在第四世代後期開始被任天堂拋離，最終於1994年停產，但之後仍有小量遊戲在此平台發售。
在日本，由於有不少18禁遊戲能夠在此平台發售，因此其壽命比其他同世代遊戲機長久，而最後一款商業軟體於1999年發售。
SEGA Mega Drive最初於1988年10月29日在日本發售[1]，並在其後2年分別在北美洲、歐洲及澳洲發售[2]。除了北美洲稱為Sega Genesis外，其他地方都以原來名稱發售。
在發售初期，由於任天堂在上一世代的競爭中，在北美洲建立了強大的基礎，SEGA渡過了一般困難時期。轉捩點出現在1991年，SEGA成功創造它最出名的吉祥物：「音速小子」[3]，令Mega Drive成功建立了一個較任天堂的SNES更「酷」的形象[4]。而在之後的宣傳中更加指出這一點。
當大型電玩遊戲真人快打決定移植至SNES及Mega Drive的時候，相對任天堂要求刪減血腥畫面，SEGA決定保留這些要素，並只將需要在遊戲中輸入相關指令即可解除封鎖。這舉動令Mega Drive的真人快打獲得較多正面的回響。但同時亦令北美洲對遊戲中的血腥畫面的注意上昇，促成娛樂軟體分級委員會（ESRB）的創立。而由於ESRB的創立，令任天堂重新檢視真人快打II的發售方向[5][6]。此外，SEGA亦發現Mega Drive的控制器對格鬥遊戲的不足，因此其後推出一款有6個按鈕的控制器（原本的控制器只有3個按鈕）。雖然其後推出的遊戲仍可使用舊款的控制器，但SEGA亦建議使用新款的控制器。
雖然Mega Drive在北美及歐洲發得成功，但在日本卻輸給了NEC的PC Engine。不過其全球銷量仍然有約3,075萬。在1995年末，SEGA有5款遊戲機及2款附加組件仍然發售中，而SEGA在日本的分公司決定在日本停止發售Mega Drive，將重心轉向Sega Saturn。這需要符合日本的情況，但對北美來說卻是不智：因為當時Mega Drive在北美仍有龐大的需求，而這決定導致Mega Drive的庫存及遊戲數目急速下滑[7]。
原本任天堂並沒有開發新遊戲機的計劃，只是當時開始有不少新的遊戲機推出，為了阻止其侵食由FC遊戲機建立的龐大市佔率[8]，任天堂決定開發新的遊戲機：超級任天堂。此遊戲機首先在1990年11月21日於日本發售。第一批30萬台遊戲機僅1小時就售罄[9]。在1991年及1992年，超級任天堂分別於北美地區、及歐洲和澳洲地區發售。
雖然受到SEGA Mega Drive的威脅，超級任天堂仍然成為第四世代遊戲機中銷量最高，約4,910萬[10]。就算進入下一世代，它仍然是其中一款最受歡迎的遊戲機[11]。其成功的原因包括畫面及音效的品質提升[12]，以及大量由任天堂自己研發的獨佔遊戲，例如瑪利歐系列、薩爾達傳說系列及銀河戰士系列等。
CD-i是由飛利浦開發的多媒體CD播放器，它初期的用途並非用於遊戲，因此遊戲作品很少。往後由於受到其他遊戲機影響，因此涉足遊戲機市場。
由於任天堂與飛利浦的協議，飛利浦能夠使用部份任天堂作品，但這些作品並非由任天堂開發，因此品質普遍不佳。
CD-i被認為是一件失敗作品，全球銷量少於100萬部。而且部份是由其他製造商開發製造。
Super A『Can 是台灣聯華電子(通過子公司敦煌科技)於1995年發售的16位元機。
由SNK於1990年推出。由於它是基於大型電玩機版研發，因此與同世代的遊戲機相比，有較好的畫質及音質。但同時亦令它比其他遊戲機昂貴，導致其銷量並不突出。此外，亦有較便宜的版本，但刪除了記憶卡、隨遊戲機附送的遊戲及額外的控制器。
任天堂、NEC及SEGA亦為它們的遊戲機設計附加組件，以延長其壽命及競爭力。
NEC在1988年推出CD-ROM²（北美洲稱為TurboGrafx CD），於PC Engine能夠使用CD作為媒介。雖然這組件在北美洲亦不太成功，但在日本卻令PC Engine能夠與任天堂競爭。
SEGA亦在1991年及1994年分別推出Mega CD（北美洲稱為Sega CD）及Super 32X。前者主要令Mega Drive能夠使用CD，提升遊戲的容量；而後者則令Mega Drive能夠推動32位元的遊戲。但兩者都未能夠獲得顯著效果，原因包括價錢昂貴、故障率高及推出的遊戲太少等。此外，SEGA亦於1994年推出了Sega Channel，提供遊戲及金手指等資訊。
任天堂亦於1994年及1995年推出Super Game Boy及Satellaview。前者是將Game Boy的遊戲可以在電視上運作；而後者則與Sega Channel相似。但對之後遊戲機歷史影響最深遠則是任天堂曾與索尼合作，擬定推出能夠讓SNES使用CD光碟的附加組件，但最後合作告吹，而任天堂亦轉為與飛利浦合作（雖然最後計劃無疾而終）。後來，索尼決定自行繼續研發，並於下一世代推出其下第一款遊戲機，PlayStation。
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Super Game Boy
| 名稱 | PC-Engine/TurboGrafx-16 | Mega Drive/Sega Genesis | 超級任天堂 | NEOGEO |
|---|---|---|---|---|
| 生產商 | 日本電氣及Hudson Soft | SEGA | 任天堂 | SNK |
| 遊戲機 | 
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| 發售價格 | ¥24,800 US$199.99 |
¥21,000 US$189.99 |
¥25,000 US$199.99 |
¥58,000（Gold version） US$649.99 （Gold version） US$399.99 （Silver version） |
| 發售日期 |  1987年10月30日 1989年8月29日 1990年
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1988年10月29日 1989年8月14日 1990年11月30日
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1990年11月21日 1991年8月23日[13][14]|group=n|name=NAReleaseDateNote}} 1992年4月11日
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1991年7月1日 1991年
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| 媒介 | HuCard（卡片形狀的卡帶） CD-ROM（需要附加CD-ROM²） |
卡帶 CD-ROM（需要附加Mega CD） |
卡帶 磁碟（只限日本）[15] |
卡帶 資料卡（只限日本及歐洲）[15] |
| 最佳銷量遊戲 | PC原人[16] | 音速小子、1,500萬[17] | 超級瑪莉歐世界、2,000萬（截至2007年6月25日）[18] | 侍魂II、25萬[19] |
| 向下相容性 | 否 | Sega Master System（需要附加Power Base Converter） | NES（非官方、需要附加Super 8）
Game Boy（需要附加Super Game Boy） |
否 |
| 附加組件 |
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| 中央處理器 | Hudson Soft HuC6280（65SC02改良版本） 1.79 或 7.16MHz |
摩托蘿拉 68000 7.67MHz（7.61MHz PAL） Zilog Z80 3.58MHz |
Nintendo自製Ricoh 5A22 （基於WDC 65816) 3.58MHz（3.55MHz PAL） |
摩托蘿拉 68000 12MHz Zilog Z80 4MHz |
| 暫存記憶體 | 8 KiB 主RAM 64 KiB 影片RAM |
64 KiB 主RAM 64 KiB 影片RAM 8 KiB 音訊RAM |
128 KiB 主RAM 64 KiB 影片RAM 64 KiB 音訊RAM |
64 KiB 主RAM 74 KiB 影片RAM 2 KiB 音訊RAM |
| 遊戲機 | 銷量 |
|---|---|
| Super Famicom/Super Nintendo Entertainment System | 4,910萬[21] |
| Mega Drive/Sega Genesis | 3,075萬[n 1] |
| PC Engine/TurboGrafx-16 | 1000萬[27] |
| CD-i | 57萬[20] |
在第四世代，第一部掌上遊戲機是於1989年4月21日發售的Game Boy。雖然對比同時代的主要競爭者擁有彩色畫面，Game Boy的畫面只有簡單的黑白灰色，它創造了3款建立其主導地位的遊戲：俄羅斯方塊系列、神奇寶貝系列及星之卡比系列。而其後亦推出不少改良版本如第五世代的Game Boy Pocket、Game Boy Color和第六世代的Game Boy Advance，直至2008年才正式停產。
對比其他同世代的掌上遊戲機，Atari Lynx擁有彩色畫面、背光源及可以最多與16人進行連線遊戲等優點[28]，但它相對較短的電池壽命（約4.5小時）、高價格及遊戲數量過少令它成為史上銷量最差的掌上遊戲機之一，只有200萬部[29][26]。
SEGA的Game Gear亦是其中一款在本世代推出的掌上遊戲機。它的畫面大致上與Sega Master System（色彩較好、但解析度較差）相同，因為能夠使用特製的連接器進行上世代的遊戲，以及使用較便宜的插座連接手提電視機。但它仍然面對與Lynx相同的問題：電池問題[30]。此外，它笨重的設計（比第一代Game Boy還要略大）及較遲的發售時間都令它不能夠與Game Boy競爭。最後，Game Gear於1997年正式停產，轉為繼續發展其他非掌上遊戲機。
此外，NEC亦於1990年推出掌上遊戲機PC Engine GT（北美版為TurboExpress），為PC Engine的掌上遊戲機版本。雖然它擁有彩色畫面及能夠使用PC Engine的卡帶等優勢，但它在電池的消耗比Lynx及Game Gear更差，需要6枚AA級電池但使用時間只有3小時，再加上比Lynx更昂貴的售價，因此其銷量只有約150萬部[26]。
| 名稱 | Game Boy | Atari Lynx | Game Gear | PC Engine GT |
|---|---|---|---|---|
| 生產商 | 任天堂 | 雅達利 | SEGA | 日本電氣 |
| 遊戲機 | 
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| 發售價格 | ¥12,500[31] US$89.95[32] |
US$189.99 | ¥14,500 US$149.99 A$155 |
¥44,800[33] US$299.99[34] |
| 發售日期 | 1989年4月21日 1989年8月 1990年
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1989年9月 1990年
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1990年10月6日 1991年4月26日 1991年4月26日 1992年
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1990年12月1日 1991年
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| 銷量 | 1億1,869萬 （截止2013年12月31日）[35]、包括Game Boy Color[36] | 超過200萬 （截止2007年7月30日）[26] | 1,062萬 （截止2007年7月30日）[26] | 150萬[26] |
| 媒介 | 卡帶 | 卡帶 | 卡帶 | 數據卡 |
| 最佳銷量遊戲 | 俄羅斯方塊、3,500萬 （捆綁遊戲／分開發售）[37] |
不詳 | 音速小子2、4萬[40] | PC原人 |
| 向下相容性 | 不適用 （後續的機種可以相容原本的卡帶） |
不適用 | Sega Master System （需要使用卡帶連接器） |
不適用 |
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Watara Supervision
Watara開發，1992年發售。 -
Mega Duck/Cougar Boy
Welback開發，1993年發售。
- 超時空之鑰（SFC）
- 勇者鬥惡龍V 天空的新娘（SFC）
- 勇者鬥惡龍VI 幻之大地（SFC）
- 薩爾達傳說 眾神的三角神力（SFC）
- 最終幻想IV（SFC）
- 最終幻想V（SFC）
- 最終幻想VI（SFC）
- 銀河快槍手（MD）
- John Madden Football（SFC、MD）
- 真人快打系列（大型電玩、SFC、MD）
- NHLPA Hockey '93（SFC、MD）
- 夢幻之星II 被召回的時間的終結（MD）
- 聖劍傳說2（SFC）
- 光明與黑暗II 古代的封印（SFC）
- 音速小子（MD）
- 快打旋風II（大型電玩、SFC、MD）
- 怒之鐵拳II（大型電玩、MD）
- Super Monaco GP（大型電玩、MD）
- 超級瑪利歐世界（SFC）
- 超級瑪利歐賽車（SFC）
- 超級銀河戰士（SFC）
- 超級大金剛（SFC）
- 超級瑪利歐 耀西島（SFC）
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