L'estructura de la ''Mariner 4'' estava formada per un cos octogonal de [[magnesi]] de 127 cm de llarg i 46 d'alt. Els quatre plafons solars tenien una longitud total de 6,88 m, inclosos els sensors de pressió solar acoblats als seus extrems. L'[[antena]] parabòlica tenia un diàmetre de 117 cm, acompanyada d'una antena de baix guany en forma de pal de 223 cm de longitud. La càmera fotogràfica estava instal·lada en una plataforma mòbil. A més, incloïa un [[magnetòmetre]], un detector de pols, un detector de [[raigs còsmics]], un detector de radiació, un sensor de [[plasma (Estat de la matèria)|plasma]] solar i una [[cambra de ionització]] al costat d'un [[comptador Geiger]].
Els quatre plafons solars de 176 x 90 cm, formats per 28.224 [[cèl·lula fotovoltaica|cèl·lules fotovoltaiques]], creaven 310 W de potència a la distància de Mart. El sistema elèctric estava recolzat per una [[Bateria elèctrica|bateria]] recarregable d'[[Argent (element)|argent]] i [[zinc]] de 1 200 W. Per a la propulsió constava de 4 propulsors d'[[hidracina]] de 222 N cada un; per a l'orientació usava 3 [[giroscopi]]s i 12 vàlvules de [[nitrogen]] instal·lades als extrems dels plafons solars. La informació sobre la posició i l'orientació la proporcionaven set sensors d'estrelles que buscaven constantment el [[Sol]], la [[Terra]], [[Mart (planeta)|Mart]] i [[Canopus]]. Les dades s'emmagatzemaven en una cinta amb una capacitat total de 5,24 milions de [[bit]]s i es transmetien a la Terra per alguna de les dues antenes a velocitats de 8,3 o de 33,1 [[bps]], segons l'antena escollida.
