Daha önce fotoğrafları çıkan M3’ün konsept modelinin ardından motoru hakkında ortada söylentiden başka bir şey yoktu. Fakat Audi RS4’ün 420 HP’lik bir motora sahip olması yeni M3’ün de en az 420 HP’lik bir motorla donatılacağını işaret ediyordu. Merakla beklenen yeni M3’ün motoru üzerindeki sır perdesi tamamen kalkarken yeni motorun 420 HP’lik maksimum gücü M3’e beklenen performansı sunacağa benziyor.

M3 modellerinde ilk defa kullanılacak V8 tipi yeni motor, 420 HP’lik maksimum gücünün yanı sıra 6500 d/d’de 570 Nm’lik yüksek bir tork sunuyor. Ayrıca maksimum torkunun yüzde 85’ini 3900 d/d ile 6500 d/d arasında üreten motor dünyanın en hafif V8 tipi motoru olma iddiasını da taşıyor. Alüminyum ve kompozit malzemeler kullanılarak üretilen 4.0 lt hacmindeki güç ünitesi daha önce M5 ve M6’da kullanılan 5.0 litrelik V10 tipi 507 HP güç üreten motordan türetilmiş. Toplam ağırlığı yaklaşık 202 kg olan motor, M3’te daha önce kullanılan 6 silindirli motordan 15 kg daha hafif. Dakikada maksimum 8300 devir çevirebilen yeni motor bu konuda da oldukça iddialı.