Модификация 767-400ER стала результатом двойного удлинения фюзеляжа базовой модели. Головным заказчиком стала авиакомпания Continental Airlines в 2000 году. Модификация на 6,43 м длиннее модификации 767-300 и имеет длину 61,4м. Размах крыла увеличен на 4,36 м за счет более длинных и скошенных законцовок. Кроме этого, было внедрено новое пилотажное оборудование, пересмотрена конструкция шасси и установлен интерьер салона Signature Interior, впервые появившийся на Boeing 777. На самолёте устанавливаются двигатели Pratt & Whitney PW4000 или General Electric CF6 повышенной мощности.
Федеральное авиационное агентство США (FAA) сертифицировало 767-400ER по правилам ETOPS 180 ещё до начала эксплуатации. Такая сертификация позволяет эксплуатировать самолёт на авиатрассах, находящихся не более чем в 180 минутах полёта от запасных аэродромов. Запас топлива не был увеличен, поэтому дальность полёта модификации 767-400ER меньше, чем у −300, и составляет 10 418 км. Типичным маршрутом для данной модификации является Лондон-Токио. В 2000 году предлагалась модификация 767-400ERX с увеличенной дальностью полёта, однако спустя год она была убрана из прайс-листа производителя. Авиакомпании Continental Airlines и Delta Air Lines были единственными корпоративными заказчиками модификации и получили 37 самолётов. На март 2014 года все они находятся в эксплуатации. Ещё один экземпляр был произведён для военных и позднее был передан частному заказчику. Ближайшим конкурентом модификации является Airbus A330-300.