2005年2月，HK公司将HK416自动步枪正式推出，同时采用了新结构皮卡汀尼导轨护木，使HK416与原来的M16/M4卡宾枪在外形上有更明显的区别。

HK416自动步枪经过在恶劣环境下进行了大量的实弹射击试验（包括美国陆军位于亚利桑那州的尤马沙漠试验场），使用了所有类型的军用和民用弹药，所有长度的枪管带（/或不带）消声器测试，发现其动作机构的多个部件都在可靠性上有了显著提高。在最终完成的HK416也接受了三角洲突击队的试验，在第一批交付试验的10英寸枪管的HK416卡宾枪中的其中一支成功的经历了一次1.5万发的耐用性试验后，三角洲突击队提出了首批数百支HK416 10英寸枪管武器系统的正式订单。

2007年3月28日，美国联邦采购公告（编号FA5270-07-R0009）中显示，已经采购84套HK416 10英寸型上机匣套件供“三角洲突击队”驻琉球部队使用。

HK416自动步枪的气动系统在M4卡宾枪的设计上重新改造而成。该枪既可全新生产，又可由标准的M16A2/A4步枪改装而成。HK公司所重新研制的，只是导气装置、上机匣组件、枪管和弹匣。其导气系统是改进后的AR-18式导气装置，实践证明比M16系列的导气装置更可靠，而且能大大减少使用者的维护工作量。为提高HK416军用型号的环境适应能力，HK公司提供4种不同长度的冷锻枪管，分别是9英寸、10英寸、14.5英寸、20英寸，枪管寿命均高于2万发，一次保养可供射击3000发子弹。

HK416自动步枪采用新的缓冲装置，以提高武器可靠性及安全性，并且制造了更可靠的钢制弹匣（有空仓挂机）同时改进了新的击发机构，快慢机（标准快慢机为单发点射、全自动和闭锁三档，且可左右手操作）的位置比M16系列也方便多了。该枪的枪托底部设有降低后坐力的缓冲塑料垫，机匣内有泵动活塞缓冲装置，有效减少后坐力和污垢对枪机运动的影响，从而提高武器的可靠性及安全性。为满足特种作战需要，该枪甚至还可安装消声器。

HK416自动步枪针对枪机的改进是增加了击针保险。由于HK416的枪机后坐速度比原始的M16大得多，相应地也要改用簧力较强的复进簧，因此导致HK416的枪机复进时的前冲力量加大。为了避免出现闭锁时走火的可能，HK公司在HK416自动步枪的机框上增加了一个击针保险，使得闭锁瞬间时击针不会撞击底火。

HK416自动步枪采用短行程活塞自动原理，是在气吹式与长行程活塞之间权衡取舍后的自动原理，在导气管内设有一根不与枪机组件刚性连接的短活塞杆。燃气推动活塞杆，进而推动枪机，能较好地平衡精度与可靠性。

HK416自动步枪的机械瞄具为折叠式准星搭配类似G3的照门，自动步枪在机匣顶部、护木四周设有的皮卡汀尼导轨，射手可根据作战任务的需要来安装不同的瞄具，可安装近战快速瞄具与光学变倍瞄具，还可以安装多功能激光瞄准设备、战术灯光、战术握把等战术附件。将枪支作为一个武器平台，根据安装不同的附件赋予枪支不同的性能，最大程度地挖掘枪支平台的潜力。

HK公司将原为G36研制的AG36下挂式榴弹发射器也作了改进，并命名为AG416增强型榴弹发射器模块（EGLM，后又被美军定型为M32 GLM），AG416榴弹发射模块不需任何工具就快速地加挂在HK416的护木下方。

HK416自动步枪的可拓展性方面，受益于M4基础设计的上、下机匣结构，HK416拥有一体化设计的长皮卡汀尼导轨，在机匣和护木上设有5条皮卡汀尼导轨，以安装各种战术附件。该枪采用自由浮动式前护木，整个前护木可完全拆下，改善全枪重量分布。在必要时，HK416可以通过更换上机匣和枪管组件，用以发射7.62×51毫米北约制式子弹。HK公司为这种转换了口径的枪型取了个HK417的编号。

HK公司发扬“一枪多用”的特点，为HK416自动步枪设计多种枪管更换系统，使得该枪能够在不改变枪机与枪匣的情况下通过改变枪管变形成为卡宾型，精确射手型，狙击型，轻机枪型等多种型号。

HK416是HK416自动步枪系列的基础型，没有击针簧和击针保险。美军特种部队所购买的HK416D其实是指德国原厂型号HK416（美国海军陆战队的M27 IAR除外）。HK416配置10英寸、14.5英寸、16英寸和20英寸枪管各型自动步枪性能数据如下表：

HK416A1是HK416自动步枪系列的初期改型，加入了击针簧和击针保险，同时只有机匣左侧有个容纳拉机柄限位钩的凹槽。

HK416A2是HK416自动步枪系列的进一步改进型，具有Over The Beach能力，在枪支浸水并出水后能立即射击。土耳其在2008年仿制HK416A2，并命名为Mehmetçik-1，后来又在其基础上研制了7.62x51毫米口径的MPT-76。

HK416A3是HK416自动步枪系列的挪威型，又称为HK416N，是HK公司根据挪威军方要求专门改进研制。

HK416A4是HK416自动步枪系列的进一步改进型，改成了两道火扳机。

HK416A5是HK416自动步枪系列的第一个重大改进型号，于在2012年推出。

HK416A5的改进项目分别有：增加了气体调节器，扩大扳机护圈方便戴防寒手套操作，无论击锤在任何状态下都可以把快慢机设置在保险位置，拉机柄两侧都有定位钩，左右两侧都有空仓挂机释放按钮，带储物空间的新握把，准星可折叠在护木上（但照门是另外安装的）等等。另外，弹匣井的形状，重新改为传统AR的倾斜式开口，可以完全通用所有AR弹匣。而且HK公司还推出了4179标准透明塑料弹匣。

HK416F是基于HK416A5自动步枪，针对法国军方的要求略作调整的法军型。作为下一代的制式步枪（ALF计划），法国在2016年向HK订购了93080支HK416F以取代FAMAS，其中包括标准型（14.5英寸枪管的HK416F-S）共38505支，短枪管型（11英寸枪管的HK416F-C）共54575支，总价1.68亿欧元（约1.77亿美元，或12.3亿元人民币）。HK416F于2017年到2028年之间交付完成，2022年需要交付订单总数一半的HK416F。HK公司在2017年已经交付给法军首批5000支HK416F步枪。法军还会购买10767件GLM40毫米（法国型为HK269F）榴弹发射器。另外HK还推出其民用型MR223F。HK416F从HK416A5改进而来，但是机械瞄具和HK416A5不同，而枪托更换为早期的HKE1枪托，而不是新的，消焰器为三叉形消焰器。而光学瞄具将会继续使用法军现役的ScromeJ4-4x瞄具。

HK416A6是HK416自动步枪系列的重型枪管型,改进之处包括：取消了四面长导轨的护手，因为没有附件安装时这样的护手相当于增重，而且握持硌手；新护手的上下方保留皮卡汀尼导轨，左右侧改为自己公司的HKey接口，这种接口既可直接安装新型附件，也可加装皮卡汀尼导轨安装普通附件。快慢机的“保险”、“半自动”和“全自动”3个档位旋转角度由90°减小到45°。弹匣卡笋、快慢机和空仓挂机解脱杆设在机匣两侧，采用折叠式准星。枪身外涂层具有吸收红外线功能。

HK416A7是HK416自动步枪系列的第二个重大改进型号，也是联邦德国特种部队采购版，基于HK416A7的小改型称为HK G95。

HK416A7是在HK416A5自动步枪的基础上改进而来，外观上最大的变化是更换了新的导轨护木，其护木的12点和6点位置是皮卡汀尼导轨导轨（极可能是北约STANAG 4694标准导轨），而3点和9点位置则是HKey插孔，看起来就像一个KeyMod护木。另一个重大变化是快慢机的改变，变换射击模式从原来的旋转90°变成旋转45°，射击模式的标识也改成与G36K相同的图标，对于用惯G36系列的射手会更容易熟悉快慢机的操作。因为HK416A7的潜在用户就是那些准备淘汰G36K的单位。其他的改变还有新的握把形状，枪口消焰器也从鸟笼形改为三叉形；另外，枪的表面增加了Cerakote镀层，更加耐腐蚀和磨损，而且这种涂装能有效降低夜视仪和热成像仪的探测（吸收红外线，减小红外辐射）。

HK416C是2009年HK公司初次公布新型枪，当时应英国特别空勤团（SAS）的要求研制。在2010年开始列入HK公司官方网站的产品目录。其实SAS并没有正式发布这项产品要求，只是某个消息指出他们可能需要一种紧凑的突击步枪，于是HK公司就研制了这种最短的HK416。但SAS并没有采购HK416C。

HK416C作为最短的HK416系列，该枪不仅是因为枪管短（只有226毫米），HK公司还设计了一种紧凑型的伸缩式枪托。尽管HK416和传统AR一样在机匣尾部有一根缓冲管，但HK416C的伸缩式枪托把只有一块前后距离很短的托底板，用两根平行钢管前后滑动来进行伸缩，因此缩起枪托后，比传统的M4伸缩枪托要短得多。

HK416自动步枪出口装备的国家有：荷兰陆军的特种部队KCU（同时装备有HK417），土耳其陆军，意大利海军特种部队，波兰GROM，马来西亚VAT69，印尼海军陆战队的反恐怖部队，阿尔巴尼亚B.O.S.。另外美国的国会警察特种部队CERT、国土安全部、爱达华州缉毒署的SRT、司法部、缅因州SWAT、纳什维尔市的SWAT、NASA的SWAT、弗吉尼亚州Fairfax的SWAT、阿拉巴马州的Trussville市警察局也装备了HK416，而弗罗里达州威尔士湖警察局的SWAT则同时装备了HK416和HK417。

2007年，HK公司在赢得一份价值1660万美元的订购合同，为挪威军队提供8200支HK416及相关配件、备件。挪威军队为了替换原装备的G3步枪，经过一番严格的新枪选型试验，选定HK416自动步枪。但挪威军方采购的HK416与美军采购的稍有不同，应挪威军方要求作了改进，主要是把击针止动销进行改造防止分解保养时丢失击针限位销，有独特的导气调节器，击锤在任何情况下（准备击发或已经击发完毕）都可以把快慢机调到保险。考虑到挪威会在顶部导轨上装激光瞄准器，瞄准基线似乎也被往上移。

从2018年到2028年，由德国武器承包商向法国陆军提供大约93000支HK416自动步枪，以取代法国陆军手中的FAMAS自动步枪作为新的武器。

2011年5月1日，《美国新闻与世界报道》周刊网站报道，美国海军特种作战群“海豹”特种部队的士兵，在突击行动中用德国黑克勒-科赫公司HK416自动步枪击毙了恐怖分子头目本·拉丹。

HK416自动步枪在可靠性试验中，在多种极端环境下，不同类型的枪管、不同类型的弹药、安装或不安装消声器所表现出来的可靠性都比M16系列高，甚至可以在水下射击。

HK416自动步枪成本高、价格贵是其弱点，该枪每支高达2000美元的售价，曾让其一度在国际市场上处于“叫好不叫座”的尴尬境地。但随着媒体曝出，美军海豹突击队在击毙恐怖大享本·拉登的行动中，使用的就是HK416，该枪随即迎来了命运转机，为许多国家的特种部队所采用。

HK416自动步枪的射击精度在西方世界的新锐步枪中，并不算翘楚。而其可靠性的大幅度提高。（《坦克装甲车辆》 评）

HK416自动步枪的可靠性更高，精度更好，更容易保养，使用寿命比M4卡宾枪高出2~3倍。HK416可以很容易地转换成卡宾枪或步枪使用，可换用四种不同长度的枪管。所有HK416枪管的缠距均为178毫米。通过更换上机匣将现役M4卡宾枪升级为HK416卡宾枪简单易行，经济性好。（《现代轻武器》 评）

HK416自动步枪带有枪托的弹膛尾部距射手面部有一定距离，火药燃气后泄对眼睛、鼻子刺激稍小；弹匣设置在扳机前面，位置合宜，射手单手更换弹匣便利快捷，尤其是在卧姿情况下更为突出；枪扳机与枪托底板的距离小于无托步枪（无托步枪的这一距离为400毫米），而射手据枪时两臂前伸距离在350毫米以内更自然舒适；特别是无依托射击时，射手左肘能抵于腰部或肋部，达成据枪稳定，射击时，射手双手都有可靠的着落，可更好地控制枪身摆动；采用折叠伸缩式枪托，枪托可多档调节，满足不同身材士兵、不同环境下的使用要求，并且携行时枪托折叠，全枪总长要比无托步枪的全长更短；该枪容易降低瞄准线高度，其瞄准线高度适合人体面颊尺寸，卧姿射击时射手头部暴露部分少；瞄准基线可设计得较长，利于提高瞄准精度；枪顶部留有合宜的导轨位置，方便安装各种瞄准镜，避免了无托步枪的提把抢占空间而影响附件的加装；该枪身较长，利于发射枪榴弹时射手夹持枪托稳固，提高枪榴弹射击精度。HK416自动步枪代表高水平典型成熟结构，细节设计上精心雕琢。（《轻兵器》 评）

HK416自动步枪的成功，源于黑克勒-科赫公司强大的枪械技术整合和跟踪市场需求的能力。对先进武器装备的追求绝不是“自古华山一条路”，还有另外的道路可选，比如用现有成熟先进技术攒出一款更先进的武器装备。但是，前提是能做到：博采众长、厚积薄发。（中国军网 评）