这代M3采用一台编号S65B40的4.0L V8发动机，它是以宝马M5那台5.0L V10发动机去掉两个气缸而来。最大功率为309kw（420ps）/8300rpm，峰值扭矩400Nm/3900rpm。

这台发动机当然进行了大量的性能化制作，例如独特的每气缸独享一个节气门（共有8个节气门）构造，使得发动机吸进空气的速度极快，从而达到快速敏捷的油门响应和转速上升效果。因为节气门占用的空间，使得这台发动机的顶部比较“突出”，于是才有了M3引擎盖上那个隆起和两侧的小孔。