Пистолет 4516 является самым компактным из моделей третьего поколения Smith & Wesson под патрон .45 ACP. Рама и затвор-кожух изготавливались из нержавеющей стали. Система запирания аналогична другим моделям третьего поколения. Ударно-спусковой механизм двойного действия с курком без спицы, что предполагает нахождение оружия в постоянной боеготовности – с патроном в патроннике и возможностью мгновенного открытия огня самовзводом. При этом исключается опасность зацепления оружия спицей курка за одежду при его извлечении, но стрелок не имеет возможности взвести курок большим пальцем удерживающей пистолет руки. Оружие оснащено двухсторонним флажковым предохранителем, а так же автоматическими предохранителями ударника и магазина. Прицельные приспособления, закрепленные в пазах типа «ласточкин хвост» оснащены белыми вставками для ускоренного и более точного наведения в условиях недостаточной освещенности. Крышка магазина, имеющего однорядное расположение патронов, имеет передний выступ, служащий для более удобного удержания оружия.