动力系统方面，全新宝马M5搭载的是一台4.4L双涡轮增压V8发动机，最大功率600马力（441kW），峰值扭矩750牛·米。传动方面，匹配8速M Steptronic手自一体变速箱，此外宝马M部门还为新车开发了一套可切换的四驱系统，可在4WD、4WD Sport和2WD之间进行切换。这也是宝马M部门打造的第一款非SUV的四驱车型。性能表现上，官方表示全新宝马M5的0-100km/h加速仅需3.4秒，电子限速为250km/h，解除后最高时速可达305km/h。