Bij de introductie zijn er slechts twee motoren leverbaar. De eerste versie is de xDrive35i. Deze heeft een 3,0-liter turbomotor onder de kap, goed voor 306 pk en 400 Nm. De zescilinder is gekoppeld aan een achttraps automaat. Het gemiddeld verbruik is 8,8 liter per 100 km en de CO2-uitstoot is 204 g/km. De sprint naar 100 km/h kost 5,7 seconden en de topsnelheid is 245 km/h.
Voor de dieseladepten is er de xDrive20d. Deze heeft een viercilinder diesel onder de kap, goed voor 184 pk en 380 Nm. BMW koppelt deze diesel aan een handgeschakelde zesbak, een automaat is een optie. Het verbruik is 5,6 liter per 100 kilometer en de CO2-uitstoot is 149 g/km.
Beide X3's profiteren van BMW's Auto Start Stop systeem. Het is voor het eerst dat BMW dit systeem combineert met een zescilinder. Ook was het nog niet eerder leverbaar in combinatie met een automatische transmissie.
Dynamic Damper Control en Performance Control zijn optioneel leverbaar. Het eerste systeem past de demping automatisch aan de omstandigheden aan en stelt de bestuurder in staat het rijgedrag van de auto in te stellen. Er zijn drie rijmodi: Normal, Sport of Sport+. Performance Control doet gerichte remingrepen aan de achterwielen om actief de aandrijfkrachten over de achteras te verdelen.






