Les records du monde du relais 4 × 100 mètres sont actuellement détenus, chez les hommes, par l'équipe de Jamaïque (Nesta Carter, Michael Frater, Yohan Blake et Usain Bolt) qui établit le temps de le en finale des Jeux olympiques de Londres, au Royaume-Uni, et chez les femmes par l'équipe des États-Unis (Tianna Madison, Allyson Felix, Bianca Knight et Carmelita Jeter), créditée de le lors de ces mêmes Jeux.
Le premier record du monde du relais 4 × 100 m homologué par World Athletics est établi en 1912 par l'équipe d'Allemagne en . Côté féminin, le premier record mondial, régi alors par la Fédération sportive féminine internationale, est établi en 1922 par la Tchécoslovaquie avec le temps de .
Record du monde masculin Premiers records Le premier record du monde du relais 4 × 100 mètres homologué par l'IAAF est celui de l'équipe d'Allemagne qui établit le temps de le en demi-finale des Jeux olympiques de 1912 à Stockholm.
Le record du monde est porté à par les États-Unis le lors des Jeux olympiques de 1920 à Anvers. Il est battu à deux reprises lors des Jeux olympiques de 1924 à Paris : par la Grande-Bretagne en le et par les États-Unis en le .
Le , l'équipe américaine du Newark A.C. établit le temps de à Lincoln sur une course de . Le record est ensuite porté à le à Berlin par l'équipe l'Allemagne, performance qu'elle égalera le à Breslau, tout comme l'équipe universitaire de Caroline du Sud le à Fresno.
L'équipe allemande descend sous la barrière des 41 secondes le à Kassel en établissant le temps de . Le en finale des Jeux olympiques de Los Angeles, le relais américain composé de Robert Kiesel, Emmett Toppino, Hector Dyer, Frank Wykoff établit une nouvelle meilleure marque mondiale en .
Sous les 40 secondes thumb|left|upright=1.1|Les Américains Jesse Owens, Ralph Metcalfe, Foy Draper et Frank Wykoff conservent le record du monde du relais durant 20 ans de 1936 à 1956. Lors des Jeux olympiques de 1936, le à Berlin, l'équipe des États-Unis composée de Jesse Owens, Ralph Metcalfe, Foy Draper et Frank Wykoff établit en finale un nouveau record du monde en , devenant le premier relais de l'histoire à descendre sous la barrière des 40 secondes.
Plus de 20 ans plus tard, le en finale des Jeux olympiques de 1956 à Melbourne, les Américains Ira Murchison, Leamon King, Thane Baker et Bobby Joe Morrow établissent un nouveau record mondial en . Cette performance est égalée à trois reprises par l'Allemagne de l'Ouest : une première fois le à Cologne par Manfred Steinbach, Martin Lauer, Heinz Fütterer et Manfred Germar, et deux autres fois lors des Jeux olympiques de Rome les 7 et par Bernd Cullmann, Armin Hary, Walter Mahlendorf et Martin Lauer.
Le à Moscou, l'équipe des Etats-Unis composée de Hayes Jones, Frank Budd, , Paul Drayton porte le record du monde à .
Le , en finale des Jeux olympiques de Tokyo, les Américains Paul Drayton, Gerald Ashworth, Richard Stebbins et Bob Hayes s'imposent en et signent un nouveau record du monde.
Sous les 39 secondes thumb|upright=0.8|Earl McCullouch, codétenteur du record du monde en 1967. Le à Provo (Utah), à l'occasion d'une course de , le relais de l'Université de Californie du Sud composé de Earl McCullouch, Fred Kuller, O. J. Simpson et Lennox Miller réalisent un nouveau record mondial en , devenant officiellement le premier relais à descendre sous les 39 secondes sur .
Lors des Jeux olympiques de 1968, à Mexico, l'équipe de Jamaïque amenée par Lennox Miller avec Errol Stewart, Michael Fray et Clifton Forbes égale le record du monde de lors des séries puis fixe ce record à à l'occasion des demi-finales. Le lendemain, en finale, le relais des États-Unis composé de Jim Hines et Charles Greene, respectivement premier et troisième de l'épreuve du , Melvin Pender et Ronnie Ray Smith, s'impose dans le temps de ( au chronométrage électronique) et améliore d'un centième de seconde le record du monde établi la veille par les Jamaïcains .
En 1972, en finale des Jeux olympiques de Munich, l'équipe américaine formé de Larry Black, Robert Taylor, Gerald Tinker et Eddie Hart remporte la médaille d'or en établissant un nouveau record du monde en .
Cinq ans plus tard, le lors de la Coupe du monde des nations à Düsseldorf, les Américains William Collins, Steve Riddick, Cliff Wiley et Steve Williams portent le record mondial à .
Sous les 38 secondes thumb|left|upright=1.2|Carl Lewis égale ou améliore à six reprises le record du monde. Le à l'occasion des premiers championnats du monde d'athlétisme à Helsinki, la formation américaine composée de Emmit King, Willie Gault, Calvin Smith et Carl Lewis devient la première équipe à descendre sous les 38 secondes dans un relais . En , ils améliorent de 83/ de seconde le précédent record mondial établi cinq ans plus tôt.
L'année suivante, le en finale des Jeux olympiques de Los Angeles, les États-Unis avec Sam Graddy, Ron Brown, Calvin Smith et Carl Lewis porte le record mondial à .
Le en finale du relais des championnats d'Europe à Split, le relais français composé de Max Morinière, Daniel Sangouma, Jean-Charles Trouabal et Bruno Marie-Rose retranche 5/ de seconde au record du monde des États-Unis en coupant la ligne d'arrivée en .
Moins d'un an plus tard, le au cours du Meeting Herculis de Monaco, l'équipe américaine du formé de Michael Marsh, Leroy Burrell, Floyd Heard et Carl Lewis égale le record du monde de l'équipe de France en . Quatre jours plus tard, le à Zurich, l'équipe nationale américaine avec la même composition hormis Floyd Heard remplacé par Dennis Mitchell, porte le record mondial à . Le en finale des championnats du monde à Tokyo, le relais des États-Unis (Andre Cason, Leroy Burrell, Dennis Mitchell et Carl Lewis) améliore une nouvelle fois le record du monde en le fixant à .
Lors des Jeux olympiques de Barcelone, le , Mike Marsh, Leroy Burrell, Dennis Mitchell et Carl Lewis remportent la médaille d'or en améliorant d'un dixième de seconde le record du monde en . Cette performance est égalée un an plus tard le en finale des championnats du monde de Stuttgart par Jon Drummond, Andre Cason, Dennis Mitchell et Leroy Burrell.
Sous les 37 secondes thumb|upright=1.1|Usain Bolt co-détient le record du monde du en avec Nesta Carter, Michael Frater et Yohan Blake (2012). Aux Jeux olympiques de Pékin, le , les relayeurs de la Jamaïque Nesta Carter, Michael Frater, Usain Bolt et Asafa Powell, s'imposent en réalisant un nouveau record du monde en , abaissant de 30/100e de seconde le record mondial des États-Unis datant de 1993. Mais, le , à la suite de la réanalyse des échantillons de Nesta Carter, contrôlé positif à la méthylhéxanamine, le Comité international olympique disqualifie la Jamaïque et le record du monde est annulé par l'IAAF .
Le , aux championnats du monde d'athlétisme de Daegu, Nesta Carter, Michael Frater, Yohan Blake et Usain Bolt portent le record du monde à .
Le en finale des Jeux olympiques de Londres, la même équipe de Jamaïque, composée dans l'ordre de Nesta Carter, Michael Frater, Yohan Blake et Usain Bolt, remporte le titre olympique en devenant la première équipe de l'histoire à passer sous la barre des 37 secondes. En , les Jamaïcains améliorent de 20/ leur propre record du monde .
Progression 37 records du monde masculins du relais 4 × 100 mètres ont été homologués par World Athletics. + Actuel record du monde Record du monde homologué mais annulé rétroactivement
+Évolution du record du monde masculin Temps ÉlecChronométrage électrique. Pays/ClubUne équipe de club peut être composée d'athlètes de plusieurs nationalités différentes. Athlètes Lieu DateChronométrage manuel Otto Röhr, Max Hermann, Edwin Kern, Richard Rau Stockholm 42 s 2 Jackson Scholz, Loren Murchison, Morris Kirksey, Charley Paddock Anvers 42 s 0 Harold Abrahams, Walter Rangeley, Lancelot Royle, Wilfred Nichol Paris 41 s 0 Loren Murchison, Louis Clarke, Frank Hussey, Alfred LeConey Paris 41 s 0y"y" : 4 × 110 yards Newark A.C.Chester Bowman, John Currie, James Pappas, Henry Cummings Lincoln 40 s 8 Arthur Jonath, Richard Corts, Hubert Houben, Helmut Körnig Berlin 40 s 8 S.C. CharlottenburgHelmut Körnig, Wilhelm Grosser, Alex Natan, Horst-Rüdiger Schlöske Breslau 40 s 8y Université de Caroline du SudRoy Delby, Milton Maurer, Maurice Guyer, Frank Wykoff Fresno 40 s 6 Helmut Körnig, Georg Lammers, Erich Borchmeyer, Arthur Jonath Kassel 40 s 0 40 s 10 Robert Kiesel, Emmett Toppino, Hector Dyer, Frank Wykoff Los Angeles 39 s 8 Jesse Owens, Ralph Metcalfe, Foy Draper, Frank Wykoff Berlin 39 s 5 39 s 60 Ira Murchison, Leamon King, Thane Baker, Bobby Joe Morrow Melbourne 39 s 5 Manfred Steinbach, Martin Lauer, Heinz Fütterer, Manfred Germar Cologne 39 s 5 39 s 61 Bernd Cullmann, Armin Hary, Walter Mahlendorf, Martin Lauer Rome 39 s 5 39 s 66 Bernd Cullmann, Armin Hary, Walter Mahlendorf, Martin Lauer Rome 39 s 1 Hayes Jones, Frank Budd, , Paul Drayton Moscou 39 s 0 39 s 06 Paul Drayton, Gerald Ashworth, Richard Stebbins, Bob Hayes Tokyo 38 s 6y Université de Californie du SudEarl McCullouch, Fred Kuller, O. J. Simpson, Lennox Miller Provo 38 s 6 38 s 65 Errol Stewart, Michael Fray, Clifton Forbes, Lennox Miller Mexico 38 s 3 38 s 39 Errol Stewart, Michael Fray, Clifton Forbes, Lennox Miller Mexico 38 s 2 38 s 24 Charles Greene, Melvin Pender, Ronnie Ray Smith, Jim Hines Mexico 38 s 2 38 s 19 Larry Black, Robert Taylor, Gerald Tinker, Eddie Hart Munich Chronométrage électronique Larry Black, Robert Taylor, Gerald Tinker, Eddie Hart Munich 38 s 03 Bill Collins, Steve Riddick, Cliff Wiley, Steve Williams Düsseldorf 37 s 86 Emmit King, Willie Gault, Calvin Smith, Carl Lewis Helsinki 37 s 83 Sam Graddy, Ron Brown, Calvin Smith, Carl Lewis Los Angeles 37 s 79 Max Morinière, Daniel Sangouma, Jean-Charles Trouabal, Bruno Marie-Rose Split37 s 79 Mike Marsh, Leroy Burrell, Floyd Heard, Carl Lewis Monaco 37 s 67 Mike Marsh, Leroy Burrell, Dennis Mitchell, Carl Lewis Zurich 37 s 50 Andre Cason, Leroy Burrell, Dennis Mitchell, Carl Lewis Tokyo 37 s 40 Mike Marsh, Leroy Burrell, Dennis Mitchell, Carl Lewis Barcelone 37 s 40 Jon Drummond, Andre Cason, Dennis Mitchell, Leroy Burrell Stuttgart 37 s 10Le CIO sanctionne deux athlètes pour contrôles de dopage positifs aux Jeux olympiques de Beijing 2008, olympic.org Nesta Carter, Michael Frater, Usain Bolt, Asafa Powell Pékin 37 s 04 Nesta Carter, Michael Frater, Yohan Blake, Usain Bolt Daegu 36 s 84 Nesta Carter, Michael Frater, Yohan Blake, Usain Bolt Londres
Record du monde féminin
Règne est-allemand thumb|upright=1.2|Marlies Göhr égale ou améliore à 9 reprises le record du monde du relais de 1976 à 1985. Le à Potsdam, l'équipe d'Allemagne de l'Est composée de Petra Kandarr, Renate Stecher, Christina Heinich, Doris Maletzki améliore de 2/100e de seconde le record du monde en le portant à , performance qu'elle égalera un an plus tard le à Berlin avec Doris Maletzki, Renate Stecher, Christina Heinich et Bärbel Eckert.
Le en finale des championnats d'Europe à Rome, Doris Maletzki, Christina Heinich, Bärbel Eckert et Renate Stecher fixent le record du monde à , le temps électronique étant de .
Les Est-allemandes améliorent ce record le à Karl-Marx-Stadt avec Carla Bodendorf, Marlies Göhr, Martina Blos et Renate Stecher en , puis le à Potsdam avec Monika Hamann, Marlies Göhr, Carla Bodendorf et Johanna Klier en .
Le à Karl-Marx-Stadt, la République démocratique allemande (Marita Koch, Ingrid Auerswald, Romy Müller et Marlies Göhr) établit un nouveau record du monde en , avant de l'améliorer d'un centième de seconde le à Turin (Christina Brehmer, Romy Müller, Ingrid Auerswald et Marlies Göhr).