El 22 de septiembre de 2008 se estrena la cuarta temporada de 'Cómo conocí a vuestra madre', la cual está compuesta por 24 capítulos y llega a su final el 18 de mayo de 2009. Esta nueva tanda arranca con Ted siendo consciente de que tampoco sabe tanto de Stella, su prometida; además Ted confiesa que está enamorado de Robin quien, a su vez, regresa de Japón (donde está trabajando) para acudir a la boda de Ted.
La boda no se celebra finalmente, pues Stella vuelve con su ex, quien aparece más adelante en la temporada. Ted, que crea su firma de arquitectura, comienza una nueva etapa como compañero de piso de Robin y ambos descubren que su relación es mejor con "derecho a roce". Esta nueva situación no le gusta a Barney, quien a su vez consigue su apuesta de la infancia de haberse acostado con 200 mujeres. La temporada acaba con el inicio de una relación entre Barney y Robin.
La cuarta temporada mantiene a sus cinco intérpretes protagonistas, Josh Radnor, Neil Patrick Harris, Cobie Smulders, Alyson Hannigan y Jason Segel, y cuenta con una decena de artistas invitados participando como episódicos. Courtney Ford da vida a Vicky, una chica a la que Ted conoce en un ascensor y con quien aplica la técnica de "El hombre desnudo"; Laura Prepon es exnovia de Ted en la época de la universidad; Regis Philbin, se interpreta a sí mismo como compañero de gimnasio de Barney; Brooke D'Orsay da vida a Margaret, quien se hace pasar por la mujer de Barney, siendo una actriz contratada para hacer este paripé; Kim Kardashian aparece en la portada de una revista que tiene Marshall y que acaba felicitándole por su valentía; Patricia Zavala es una amiga de Barney con derechos; y Dan Castellaneta (voz de Homer en 'Los Simpsons') interpreta a un vagabundo.
Respecto a los premios de la serie en esta temporada, opta a 4 Emmys, pero solo liga el de Mejor dirección de Arte de una serie multicámara. Entre otras nominaciones también destaca un Globo de Oro para Neil Patrick Harris, un People's Choice, dos TCA, dos premios Satélite y uno del Gremio de directores de arte.