La cuarta temporada de 'Sexo en Nueva York' se estrenó el 3 de junio de 2001 y cuenta con 18 episodios, al igual que las dos anteriores temporadas. Sin embargo, esta cuarta temporada se emitió en dos partes. Inicialmente, iba a descansar durante diez semanas para la emisión de la serie 'Hermanos de sangre'. Sin embargo, los atentados del 11-S contra las Torres Gemelas acabaron retrasando los capítulos hasta enero de 2002, ya que no se consideró apropiado estrenarlos antes por respeto a las víctimas.
La cuarta temporada acabó con un episodio homenaje titulado 'I heart NY'. Los atentados obligaron también a cambiar parte de la cabecera de la serie, que mostraba imágenes de las Torres. Los nuevos episodios mantienen y refuerzan la idea de dar más continuidad a las tramas de los cuatro personajes.
Carrie vuelve con Aidan e incluso acaban comprometiéndose. Miranda, por su parte, mantiene su soltería aunque vuelve a acercarse a Steve, sobre todo cuando éste es diagnosticado con cáncer testicular. En una noche loca tras recuperarse de su enfermedad, ambos acaban acostándose juntos, y Miranda acaba quedándose embarazada. Charlotte, por su parte, mantiene su relación con Trey y la pareja decide apostar por tener un hijo juntos, sin embargo, Charlotte acaba teniendo problemas para quedarse embarazada.
El mayor cambio en las tramas es tal vez para Samantha, que comienza a tener relaciones más estables. Primero con una mujer, Maria (Sonia Braga) y más tarde con un empresario hotelero, Richard (James Remar).
Debido a la creciente popularidad de la serie, ésta empieza a contar con cameos de celebrities como Alan Cumming, Heidi Klum o los diseñadores Dolce & Gabbana.
La cuarta temporada de 'Sex and the city' repitió con su tercer Globo de Oro a la mejor comedia, aunque perdió el Emmy frente a 'Friends'. Sarah Jessica Parker volvió a llevarse el Globo de Oro a la mejor actriz de comedia. Es, además, la primera temporada en la que la actriz protagonista ostenta el título de productora ejecutiva de la serie.