В 1972 год был построен первый опытный образец который получил индекс Урал-4320
В феврале 1975 года закончились приемочные испытания дизельных модификаций грузовиков серии Урал-4320
Дизельные грузовики на заводе в Миассе выпускались одновременно с бензиновыми. И только в 1985 году количество дизельных автомобилей сравнялось с бензиновыми автомобилями
В 1988 году Урал-4320 проведена модернизация для уменьшения массы и повышения ресурса автомобиля. Была установлена новая бортовая платформа и машине был присвоен новый индекс Урал-4320-01
В 1993 году в Набережных челнах на заводе где производились двигатели для Урал-4320 произошел серьезный пожар и поставки двигателей в Миасс прекратились. Чтобы не останавливать конвейер было решено вместо двигателя КАМАЗ-740.10 устанавливать двигатель ЯМЗ-236 объемом 11,5 литров и мощностью 180 л.с. Такие машины получили индекс Урал-4320-10
В 1994 году на машины начали ставить модернизированные двигатели V8 ЯМЗ-238М объемом 14,86 литров и мощностью 240 л.с. Для этого удлинили капот автомобиля и дали новый индекс Урал-4320-30
Модернизированные автомобили семейства Урал-4320 находятся в производстве до сих пор
На базе Урал-4320 разрабатывался лесовоз Урал-43204 опытные образцы которого построили в 1979 году
На 1986 год количество выпущенных автомобилей составило более миллиона экземпляров