新M5搭載原廠升級的4.4升V8雙渦輪增壓引擎，最大馬力600hp/5600～6700rpm，與前代周年紀念版30 Jahre M5持平，但最大扭力為76.5kmg/1800～5600rpm，提升了5.1kgm。搭配可提供三段換檔邏輯的8速M Steptronic變速箱，0～100km/h在3.4秒便可完成，寫下BMW量產車有史以來的最速紀錄，此外，加價17.7萬選配M Drive Package，則可將極速由250km/h提升至305km/h。而M xDrive系統，除了能對前後軸扭矩進行適當的分配，並可藉由新設計的DSC動態穩定控制系統，提升高速行駛下的穩定性與轉向性，也能關閉DSC享受漂移的快感，關閉之後，就能自由選擇2WD後驅、4WD、4WD Sport三種駕駛模式。新車底盤也經過原廠重新調校與強化剛性，加上M跑車化電子懸吊，以及位在中央鞍座排檔桿旁的M駕駛動態模式按鈕、M Drive記憶功能鍵等，增添操控樂趣。新車沿襲新款5 Series更富侵略性的外觀元素，除了車尾銘牌顯示其地位，全車M款空力套件、尾翼、四出尾管等，增添競技氣息，車頂亦首次使用碳纖維材質打造，據原廠表示，有效減重達21kg。Racing Package版更比標準版多了M款運動化排氣系統，使其擁有用澎湃的「聽覺馬力」。標準版配置19吋M雙幅式雙色鋁圈，以及招牌的藍色前六活塞卡鉗；Racing Package版則搭載20吋式樣（以上均為Racing Package版），造型亦更富視覺張力，並可選擇亮黑塗裝（如下圖）。內裝與新5 Series如出一轍，配置擁有M Drive記憶功能鍵的M專屬真皮方向盤、M電調跑車座椅、碳纖維飾板等強化性能氛圍，而12.3吋儀錶、抬頭顯示器、10.25吋中控螢幕、手勢控制功能、手機無線充電裝置等，對車室科技感有加分之效。M專屬真皮方向盤除了附有換檔撥片，亦新增可記憶個人化駕駛動態設定的M1、M2按鈕，包含DSC、M xDrive、引擎反應、懸吊設定、方向盤輔助力道、抬頭顯示器等，均可依設定進行調整。M款跑車化運動座椅與車室鋪陳相同，均以黑白雙色為搭配，頭枕上的M字樣，則可讓人一眼辨識其身分。