寶馬M3搭載了以寶馬M5為基礎改裝后的4.0升V8發動機，這也是寶馬M3車系首款采用八缸發動機的車型。此款發動機運用了許多寶馬索伯F1輕量化和高轉速的概念，在寶馬著名的Double-VANOS雙可變氣門正時技術的支持下，8300rpm時可以輸出高達309的最大功率，僅需要3900rpm就可以輸出400Nm的扭距。