Perkembangan teknologi manufaktur saat ini menuntut untuk membuat mesin dengan efisiensi dan presisi tinggi dalam produksi. Perancangan desain mesin CNC Milling 4 Axis dilakukan untuk solusi terhadap kebutuhan industri dan pendidikan. Mesin ini dirancang dengan tiga sumbu linear X, Y, Z dan ditambah satu sumbu rotasi A. Tahapan perancangan meliputi studi pustaka, identifikasi kebutuhan, penentuan spesifikasi teknis, pemodelan 3D menggunakan software SolidWorks, simulasi gerakan mekanis, serta analisis pembebanan pada struktur. Material utama pada mesin yang digunakan adalah gray cast iron yang memiliki sifat mampu meredam getaran, kekuatan tekan tinggi, dan mampu mesin yang baik, sedangkan material lain yang digunakan adalah ASTM A36 digunakan untuk komponen penunjang. Sistem transmisi yang diterapkan pada mesin dirancang dengan mekanisme belt dan pulley. Hasil desain dari perancangan mesin ini menunjukan bahwa konfigurasi 4 sumbu mampu memberikan fleksibilitas permesinan yang tinggi dibandingkan dengan mesin CNC Milling 3 Axis. Simulasi analisis struktur dapat menunjukan bahwa hasil desain mampu menahan beban dalam batas aman.