Обучение учащихся осуществляется по программам, утвержденным Министерством образования Республики Беларусь. Учебный план определяет порядок организации образовательного процесса в V - XI классах гимназии №4.
Преподавание учебных предметов осуществляется в гимназии на базовом уровне в режиме пятидневной учебной и шестидневной школьной недели. На повышенном уровне в гимназии изучаются математика, иностранные языки.
Для удовлетворения образовательных запросов и потребностей учащихся и родителей, расширения, углубления и коррекции знаний гимназистов по учебным предметам организованы факультативные занятия.
В X – XI классах обучение учащихся организовано по следующим направлениям: физико-математическое и филологическое.
Для реализации образовательной программы начального образования в гимназии дополнительно открываются I — IV классы.
Средняя школа №20 г. Витебска открыла свои двери для учеников 1 сентября 1938 года. 1951 год - первый выпуск (10 класс). В 1988 году учреждение образования получило статус школы с архитектурно-художественным уклоном. С 1993 года в средней школе №20 было введено изучение иностранного языка с I класса. В 1997 году открыты первые лицейские классы, в 2000 году создана концепция «Школы Самоопределения личности», а в 2001 году открыт первый гимназический класс.
1 сентября 2002 года Решением Витебского городского исполнительного комитета №211 от 14 марта 2002 года «Об открытии гимназии №4 г. Витебска» средняя школа №20 г. Витебска была преобразована в учреждение образования «Государственная гимназия №4 г. Витебска».
В 2008 году гимназия №4 успешно прошла государственную аккредитацию в Департаменте контроля и качества и получила сертификат.