Четвёртое поколение Yamaha YZF-R1 (коды 5VY/5VX) дебютировало в 2004 году с принципиально новым двигателем. Yamaha укоротила ход поршня, повысила степень сжатия и впервые оснастила R1 системой ram-air с воздухозаборниками в передней части обтекателя. Мощность выросла до 172 л.с. при 12 500 об/мин (180 л.с. с ram-air), а сухой вес снизился до 172 кг - исторический показатель 1:1 по соотношению мощности и массы.
Тормозная система получила радиально монтируемые суппорта с радиальным главным цилиндром, а заводской демпфер руля устранил проблему "танк-слэппера" на неровных покрытиях. В 2006 году была выпущена юбилейная версия SP к 50-летию Yamaha в оригинальных гоночных цветах с подвеской Ohlins - тираж 1 000 экземпляров.