В 1938 году инженер Fabrizi технический директор фирмы Caproni Vizzola начал проектировать новый истребитель с рядным двигателем, вместо традиционного радиального. Это был одноместный моноплан с низкорасположенным крылом, традиционным хвостовым оперением и убирающимся трехопорным шасси с хвостовым колесом. На новый самолет планировалось установить двигатель Isotta Fraschini Asso 121 RC.40 мощностью 960 л.с. Однако вскоре работы были заморожены в связи с тем, что основные силы фирмы были сконцентрированы на разработке другого истребителя Caproni Vizzola F.5.
В следующем году, после появления на фирме немецкого двигателя Diamler-Benz DB 601A, работы над истребителем были продолжены конструкторами Guglielmo Negri и Italo Baldessari. Для изготовления самолета был выбран один из прототипов F.5 (MM.413). Новый истребитель получил обозначение Caproni Vizzola F.4 (иногда встречается его фирменное обозначение F.5bis) .
Первый полет прототипа самолета (МM. 5932) состоялся в июле 1940 года. В октябре этого же года во время испытательного полета самолет потерпел аварию. После восстановления самолет передали для войсковых испытаний в Экспериментальный центр Guidonia. На этих испытаниях самолет показал очень хорошие летные характеристики, превосходящие F.5. Для завершений испытаний F.4 был направлен в действующие войска. В 1942 году самолет в составе 303 эскадрильи 167 истребительной группы использовался для охраны островов Капуа и Капудичино. О дальнейшей судьбе самолета ничего не известно, кроме того, что планировалось выпустить еще одну модификацию с более мощным двигателемFiat RA.1050 RC.58 Tifone (лицензионной копией немецкого DB.605 мощностью 1475 л.с.), но эти планы остались лишь на бумаге. В серийное производство F.4 не пошёл, так как на его основе был разработан более совершенный истребитель F.6, а с 1942 года в массовых количествах стали поступать МС.202\МС.205 и Reggiani Re.2001.