Les records du monde du relais 4 × 400 mètres sont actuellement détenus, chez les hommes, par l'équipe des États-Unis (Andrew Valmon, Quincy Watts, Harry Butch Reynolds et Michael Johnson) qui établit le temps de le en finale des championnats du monde de Stuttgart, en Allemagne, et chez les femmes par l'équipe de l’URSS (Tatyana Ledovskaya, Olga Nazarova, Mariya Pinigina et Olha Bryzhina), créditée de le en finale des Jeux olympiques de 1988, à Séoul en Corée du Sud. Le premier record du monde masculin du relais homologué par World Athletics est établi en 1911 par l'équipe américaine de l'Irish American AC en . Le record a toujours été détenu par les États-Unis, hormis de 1952 à 1960 par la Jamaïque. Le premier record mondial féminin est établi en 1969 par l'équipe d'URSS, en .
Le relais mixte a été introduit en compétition internationale en 2017 lors des relais mondiaux et fait l'objet d'un record du monde depuis 2019. Il est actuellement détenu par les États-Unis (Vernon Norwood, Shamier Little, Bryce Deadmon et Kaylyn Brown) en , temps réalisé le lors des Jeux olympiques.
Les records du monde en salle du relais appartiennent chez les hommes à l'équipe des États-Unis (Amere Lattin, Obi Igbokwe, Jermaine Holt et Kahmari Montgomery) qui établit le temps de le à Clemson. Chez les femmes, le record du monde en salle appartient à la Russie (Yuliya Gushchina, Olga Kotlyarova, Olga Zaytseva et Olesya Krasnomovets) en , établi le à Glasgow.
Record du monde masculin Historique thumb|left|L'équipe du relais des États-Unis lors des Jeux olympiques de 1912. Le premier record du monde masculin du relais homologué par l'IAAF est celui de l'équipe new-yorkaise de l'Irish American Athletic Club , dans laquelle figure notamment Mel Sheppard, qui établit le temps de sur la distance de , le à New York, record amélioré le à Stockholm en finale des Jeux olympiques, par Mel Sheppard et ses compatriotes américains Ed Lindberg, Ted Meredith et Charles Reidpath, dans le temps de .
Ce record est battu de 6/ de seconde douze ans plus tard, le en finale des Jeux olympiques de 1924, à Paris, par les Américains Commodore Cochran, Alan Helffrich, Oliver MacDonald et William Stevenson qui parcourent la distance en .
Le , lors des Jeux olympiques de 1928, à Amsterdam, les Américains George Baird, Frederick Alderman, Emerson Spencer et Ray Barbuti remportent le titre et améliorent le record mondial en , puis le portent à une semaine plus tard à Londres, sur , Morgan Taylor à la place de Frederick Alderman.
Le , à Fresno, des étudiants de l'Université Stanford à Palo Alto établissent le temps de sur , record du monde qu'améliorent de près de quatre secondes les Américains Ivan Fuqua, Edgar Ablowich, Karl Warner et Bill Carr, le à Los Angeles lors de la finale du 4 × des Jeux olympiques de 1932, en .
Le record du monde n'est amélioré que vingt ans plus tard, le , lors des Jeux olympiques de 1952 à Helsinki, et pour la première fois, par une équipe non-américaine. Le relais vainqueur de la Jamaïque, composé de Arthur Wint, Leslie Laing, Herb McKenley et George Rhoden, retranche en effet de près de cinq secondes à l'ancienne marque mondiale, en .
Les États-Unis améliorent ce record à chaque Jeux olympiques suivant, de 1960 à 1968. Le , en finale des Jeux olympiques de 1960, à Rome, l'équipe composée de Jack Yerman, Earl Young, Glenn Davis et Otis Davis établit le temps de , record du monde battu de près de deux secondes quatre ans plus tard lors des Jeux olympiques de Tokyo par leurs compatriotes Ollan Cassell, Mike Larrabee, Ulis Williams et Henry Carr, en .
Sous les vignette|left|upright=0.8|Lee Evans Le , à Los Angeles, les Américains Bob Frey, Lee Evans, Tommie Smith et Theron Lewis constituent le premier relais à descendre sous les trois minutes en parcourant la distance en . Lors des Jeux olympiques de 1968, à Mexico en altitude, le relais des États-Unis, composé de Vince Matthews, Ron Freeman, Larry James et Lee Evans, améliorent de près de trois secondes l'ancien record du monde en le portant à ( au chronométrage électronique).
Le , en finale des Jeux olympiques de Séoul, les Américains Danny Everett, Steve Lewis, Kevin Robinzine et Butch Reynolds égalent le record du monde de leurs compatriotes établi vingt ans auparavant, en s'imposant en , temps constituant officiellement la première mesure au chronométrage électronique.
Ce record est amélioré le , en finale des Jeux olympiques à Barcelone, où Andrew Valmon, Michael Johnson, Steve Lewis et Quincy Watts s'imposent en . Les temps de passages sont de pour Valmon, pour Johnson, pour Lewis et pour Watts..
Lors des championnats du monde de 1993, le à Stuttgart, l'équipe des États-Unis composée d'Andrew Valmon, Quincy Watts, Butch Reynolds et Michael Johnson améliorent de 55/ de seconde leur propre record du monde (Reynolds remplaçant Steve Lewis) en le portant à . Individuellement, les performances sont de pour Valmon, pour Watts, pour Reynolds et pour Johnson qui accomplit à cette occasion le parcours le plus rapide de l'histoire.
Progression Le record du monde établi par l'équipe américaine de le à l'occasion des Goodwill Games à Uniondale a été homologué par l'IAAF mais a été annulé en 2008 à la suite des aveux de dopage d'Antonio Pettigrew . + Actuel record du monde Record du monde homologué mais annulé rétroactivement +Évolution du record du monde masculin. Temps Pays/club Athlètes Lieu Date y"y" : course de 4 × 440 yards Irish American Athletic ClubHarry Schaaf, Mel Sheppard, Harry Gissing, James Rosenberger New York Mel Sheppard, Ed Lindberg, Ted Meredith, Charles Reidpath Stockholm Commodore Cochran, Alan Helffrich, Oliver MacDonald, William Stevenson Paris George Baird, Frederick Alderman,Emerson Spencer, Ray Barbuti Amsterdam y George Baird, Morgan Taylor, Ray Barbuti, Emerson Spencer Londres y Université StanfordMaynor Shore, Al Hables, Les Hables, Benjamin Eastman Fresno Ivan Fuqua, Edgar Ablowich, Karl Warner, Bill Carr Los Angeles Temps électronique de 3 min 04 s 04 Arthur Wint, Leslie Laing, Herb McKenley, George Rhoden HelsinkiTemps électronique de 3 min 02 s 37Jack Yerman, Earl Young, Glenn Davis, Otis DavisRomeOllan Cassell, Michael Larrabee, Ulis Williams, Henry CarrTokyoBob Frey, Lee Evans, Tommie Smith, Theron Lewis Los Angeles Vince Matthews, Ron Freeman, Larry James, Lee Evans MexicoDanny Everett, Steve Lewis, Kevin Robinzine, Harry Butch ReynoldsSéoul Andrew Valmon, Quincy Watts, Michael Johnson, Steve Lewis Barcelone Andrew Valmon, Quincy Watts, Harry Butch Reynolds, Michael JohnsonStuttgart Jerome Young, Antonio Pettigrew, Tyree Washington, Michael Johnson Uniondale
Record du monde féminin Historique thumb|L'équipe d'Allemagne de l'Est après son record du monde féminin du relais établi en 1984 à Erfurt. Le premier record du monde féminin du relais homologué par l'IAAF est établi le à Moscou par l'équipe d'URSS (Lyudmila Finogenova, Tatyana Medvedeva, Tamara Voitenko et Olga Klein) en , mais cette marque est améliorée deux jours plus tard par la Lettonie (Lilita Zagere, Anna Dundare, Ingrid Verbele et Sarmite Shtula) qui établit le temps de le à Minsk.
Le , l'équipe de Grande-Bretagne, composée de Jenny Pawsey, Pauline Attwood, Janet Simpson et Lillian Board, réalise à l'occasion du meeting de Crystal Palace à Londres, mais ce record du monde est amélioré le par l'équipe de France (Michèle Mombet, Éliane Jacq, Nicole Duclos et Colette Besson) qui établit le temps de en marge de la rencontre masculine France-Pologne à Colombes.
Trois records du monde sont établis lors des championnats d'Europe 1969 à Athènes : un premier lors des séries le par l'équipe d'Allemagne de l’Ouest (Christa Czekay, Antje Gleichfeld, Inge Bödding et Christel Frese) en , et les deux autres en finale le par le Royaume-Uni (Rosemary Stirling, Pat Lowe, Janet Simpson et Lillian Board) et la France (Bernadette Martin, Nicole Duclos, Éliane Jacq et Colette Besson) qui établissent le même temps de , les Britanniques étant désignées vainqueurs de l'épreuve au centième de seconde contre .
Deux ans plus tard, le lors des championnats d'Europe d'Helsinki, l'équipe d'Allemagne de l'Est composée de Monika Zehrt, Rita Kühne, Ingelore Lohse et Helga Seidler remporte le titre européen en portant le record du monde à . Le à Colombes, la RDA (Dagmar Käsling, Helga Seidler, Monika Zehrt et Brigitte Rohde) réalise . Elle établit ensuite deux nouveaux records du monde à l'occasion des Jeux olympiques de Munich : le en séries, et le en finale. L'équipe est alors composée de Dagmar Käsling, Rita Kühne, Helga Seidler et Monika Zehrt en dernière relayeuse.
Le en finale des Jeux olympiques de Montréal, la RDA (Doris Maletzki, Brigitte Rohde, Ellen Streidt et Christina Lathan) améliore son propre record du monde en s'imposant en finale en temps officiel de .
Le , au cours des championnats d'Europe d'Athènes, l'équipe de RDA composée de Kirsten Emmelmann, Sabine Busch, Dagmar Neubauer et Marita Koch porte le record du monde du monde à . Le à Erfurt, la RDA (Gesine Walther, Sabine Busch, Dagmar Neubauer et Marita Koch) établit une nouvelle meilleure marque mondiale en .
Le , en finale des Jeux olympiques de Séoul, l'équipe d'URSS améliore le record du monde des Est-allemandes en réalisant le temps de . L'équipe est composée de Tatyana Ledovskaya, Olga Nazarova, Mariya Pinigina et Olga Bryzgina.
Progression 15 records du monde féminins du relais ont été homologués par World Athletics. +Évolution du record du monde féminin Progression du record du monde du relais féminin, www.iaaf.org, , consulté le mars 2016 Temps Pays Athlètes Lieu DateLyudmila Finogenova, Tatyana Medvedeva, Tamara Voitenko, Olga Klein MoscouLilita Zagere, Anna Dundare, Ingrid Verbele, Sarmite Shtula MinskJenny Pawsey, Pauline Attwood, Janet Simpson, Lillian Board LondresMichèle Mombet, Éliane Jacq, Nicole Duclos, Colette BessonColombesChrista Czekay, Antje Gleichfeld, Inge Bödding, Christel Frese AthènesTemps électronique de Rosemary Stirling, Pat Lowe, Janet Simpson, Lillian Board AthènesTemps électronique de Bernadette Martin, Nicole Duclos, Éliane Jacq, Colette BessonAthènesTemps électronique de Monika Zehrt, Rita Kühne, Ingelore Lohse, Helga Seidler HelsinkiDagmar Käsling, Helga Seidler, Monika Zehrt, Brigitte RohdeColombesDagmar Käsling, Rita Kühne, Helga Seidler, Monika Zehrt MunichDagmar Käsling, Rita Kühne, Helga Seidler, Monika ZehrtMunichDoris Maletzki, Brigitte Rohde, Ellen Streidt, Christina Lathan Montréal Kirsten Emmelmann, Sabine Busch, Dagmar Neubauer, Marita Koch Athènes Gesine Walther, Sabine Busch, Dagmar Neubauer, Marita KochErfurtTatyana Ledovskaya, Olga Nazarova, Mariya Pinigina, Olga Bryzgina Séoul
Record du monde mixte Historique thumb|Justin Robinson, premier relayeur américain du relais 4 × 400 mixte en finale des mondiaux 2023 à Budapest. Le relais mixte a été introduit aux championnats du monde d'athlétisme 2019 et figure également depuis 2021 au programme des Jeux olympiques.
Aux mondiaux de 2019 à Doha, les Américains Tyrell Richard, Jessica Beard, Jasmine Blocker et Obi Igbokwe établissent en séries le le premier record du monde du relais mixte homologué par World Athletics en . Le lendemain, le , l'équipe des États-Unis composée de Wilbert London, Allyson Felix, Courtney Okolo et Michael Cherry remporte la finale en établissant un nouveau record mondial en .
Lors des championnats du monde 2023, le à Budapest, le relais mixte américain composé de Justin Robinson, Rosey Effiong, Matthew Boling et Alexis Holmes améliore ce record du monde en le portant à .
Le en séries des Jeux olympiques à Paris, le relais américain Vernon Norwood, Shamier Little, Bryce Deadmon et Kaylyn Brown établit un nouveau record du monde en . En finale les Pays-Bas échouent à 2/ de seconde de ce record.
Progression 3 records du monde mixte du relais ont été homologués par World Athletics.