寶馬 M3 跑車的動力系統非常強大。

它搭載的是雙渦輪增壓 3.0 升直列六缸發動機，有多種不同的動力輸出。基礎款后輪驅動車型，也是唯一配備六速手動變速箱的車型，能提供 473 匹馬力。

后輪驅動的競賽版能達到 503 匹馬力。全輪驅動的 M3 Competition xDrive 動力更強，提升至 523 匹馬力，這得益于重新配置的發動機管理系統。

扭矩方面，峰值扭矩可達 479 磅英尺約 650 牛米，在 2750 至 5730 轉每分鐘的范圍內可用。寶馬聲稱，全輪驅動的 xDrive 車型從零加速到 96 公里每小時僅需 3.4 秒。最高速度通常限制在 250 公里每小時，選配 M 駕駛套件則可提高至 290 公里每小時。

作為中期改款車型，新款寶馬 M3 對動力系統進行了優化，比如雷霆四驅版動力相比老款提升了 20 馬力，達到 530 馬力。

傳動系統方面，新款 M3 提供 6 擋手動和 8 擋手自一體變速箱可選。

此外，還有 G-Power 針對寶馬 M3 的雙渦輪增壓 3.0 升直列六缸發動機進行深度改造，通過升級性能優化軟件、更換排氣系統以及優化進氣效率等手段，將發動機的最大功率提升至驚人的 720 馬力，峰值扭矩更是達到了 850 牛米。