Двигателят на новото М3 е изцяло нов V8 с обем 4.0 литра. Новият двигател е създаден на базата на по-големия V10 с обем 5.0 литра, използван сега при М5 и М6. Блокът е изцяло алуминиев, горивните камери са покрити с пласт магнезии, а картерът има алуминиево-силиконово покритие. Най-големият успех на конструкторите е намаленото тегло на новия агрегат, който е с цели 30% по-лек от досегашния шестцилиндров двигател на М3.
Двигателят е със система за контрол на отварянето и затварянето на клапаните. В крайна сметка максималната мощност е достигнала 420 к.с. при 8 300 об/мин.