宝马M3搭载了以宝马M5为基础改装后的4.0升V8发动机，这也是宝马M3车系首款采用八缸发动机的车型。此款发动机运用了许多宝马索伯F1轻量化和高转速的概念，在宝马著名的Double-VANOS双可变气门正时技术的支持下，8300rpm时可以输出高达309的最大功率，仅需要3900rpm就可以输出400Nm的扭距。