韶山4B型电力机车是双机重联的8轴大功率干线货运用电力机车，由两节完全相同的四轴机车通过中间车钩和橡胶联挂风挡连接而成，每节车为一个完整系统，设有一个司机室。两节机车之间设有内部电气重联控制电缆(内重联)和空气制动系统的重联控制风管，并有中间走廊连通，车顶设有25kV高压连接线，可由司机在任何一端司机室对机车进行控制，两节机车也可以分离作为两台四轴机车独立运行。机车持续功率6400千瓦，轴式为2×(Bo-Bo)。机车两端并设有重联装置，可以与另外一台八轴电力机车连接(外重联)，组成16轴车组进行重联运行。

韶山4B型电力机车的结构布置与韶山4型机车基本相同，采用双侧纵向内走廊、斜对称布置;机车车体中部设变压器室。每节机车司机室之后车顶装一台TSG3-630/25型单臂受电弓(仿制8K型机车受电弓)、中部变压器室车顶装一台主断路器。机车车体为整体承载式结构，采用高强度低合金钢板全焊接结构，并借鉴了8K型电力机车的车体模式，采用了大顶盖和高台架结构。机车通风冷却系统采用传统的车体侧大面积百叶窗通风方式。

机车行走部为四台两轴转向架。悬挂系统与韶山3型电力机车基本相同，一系悬挂采用轴箱螺旋弹簧与弹性定位的独立悬挂结构，配置油压减振器;二系悬挂采用橡胶堆支承加油压减振和摩擦减振的悬挂结构。相比韶山4型的平行牵引拉杆结构，韶山4B型、韶山4改型机车的牵引力传递系统均参照应用了8K型机车的中央低位斜拉杆推挽式牵引装置，具有动力学稳定性好、粘着利用率高的优点。机车的牵引力传递由轴箱及拉杆、转向架构架及中央低位单牵引斜拉杆传递到车体上。机车牵引电动机采用8台由株洲厂与日立公司联合设计生产、同样被韶山6B型电力机车使用的ZD114型直流牵引电动机，采用中电压、带补偿绕组、半叠片结构，额定功率800千瓦，其悬挂方式为滚动抱轴鼻式悬挂，并采用单侧刚性直齿传动，取代了韶山4型的双侧刚性斜齿传动、电机抱轴式半悬挂方式。

机车主电路采用了标准化、模块化结构，整流系统为大功率晶闸管和二极管组成的不等分三段半控桥相控整流调压电路，拥有三级磁场削弱控制功能，机车实现相控无级调压。机车主电路增设功率因数补偿装置，改善了电网的供电质量;同时增加加馈电阻制动，改善了机车低速时的电制动性能。辅助电路系统方面，韶山4B型机车率先采用双劈相机系统，每节机车均设有两台劈相机，提高了辅助供电系统的可靠性和电压、电流的三相对称性。

韶山4B型机车的有触点控制电路部分与韶山6B型机车基本相同;而电子控制系统方面采用了微机控制诊断系统，是源自8K型电力机车的国产化微机控制技术，取代了韶山4(改)型机车使用的模拟电子控制方式，并且同时被应用于韶山8型电力机车。微机控制技术不但使韶山4B型机车具有恒流启动准恒速运行控制的牵引特性和恒制动力准恒速控制的制动特性，而且实现了机车数据信息传输、数据储存功能，方便机车故障诊断和处理。此外，韶山4B型机车还具有机车轴重转移补偿、防空转防滑行保护等功能。