Merkava Mk.4 memiliki senjata utama berupa meriam smoothbore 120 mm yang telah ditingkatkan oleh Israel Military Industries (IMI), merupakan pengembangan dari meriam pada model sebelumnya, Merkava Mk.3.
Meriam ini dirancang untuk menahan tekanan yang lebih tinggi, menghasilkan kecepatan moncong yang lebih tinggi. Tank ini dapat menembakkan berbagai jenis peluru kaliber 120 mm, termasuk rudal anti-tank LAHAT, dan amunisi standar NATO lainnya.
Sistem penyimpanan peluru yang unik, yaitu magasin berputar yang dioperasikan secara elektrik, memungkinkan penyimpanan sepuluh peluru dengan perlindungan tambahan untuk melindungi kru dari ledakan amunisi.
Selain itu, Merkava Mk.4 dilengkapi dengan sistem pengendalian tembakan baru yang canggih, termasuk kemampuan menembak helikopter menggunakan amunisi konvensional.
Persenjataan sekunder melibatkan senapan mesin koaksial 12,7 mm dan 7,62 mm, serta senapan mesin 7,62 mm yang dipasang di atas atap. Tank ini juga dilengkapi dengan mortir 60 mm yang dioperasikan secara internal.
Tank tempur utama ini memiliki sistem manajemen pertempuran terintegrasi, memungkinkan kru untuk merencanakan misi, menavigasi, dan memperbarui kesadaran situasional mereka, serta melaporkan unit teman dan target musuh.