新款BMW X3上应用了BMW超轻、高速、高效的直列6缸发动机，分为两种尺寸和性能级别。两款发动机均配有镁铝合金曲轴箱、可变Valvetronic电子气门和一个根据需要运行的冷却液泵。新的动力单元重量仅为165千克，对非常完美的车桥负载分配起到了很大作用，从而对BMW X3出色的灵活性和驾驶动态特性也大有裨益。

　　新款BMW X3 3.0si配备了3.0升6缸动力单元，最大输出功率为200千瓦/272马力，峰值扭矩为315牛顿米。得益于这样的澎湃动力，配有6挡自动变速箱的BMW X3 3.0si从0加速到100公里/小时仅需7.5秒，最高车速为210公里/小时 – 若选配工厂安装的V级轮胎，甚至可以高达228公里/小时。BMW X3 3.0si在欧盟标准循环中的平均耗油量仅为10.3升/100公里，在同级车辆中设立了独特的燃油经济性标准。

　　新款BMW X3 2.5si配备6挡自动变速箱以及排量为2.5升的6缸发动机，可产生160千瓦/218马力的最大输出功率以及250牛顿米的峰值扭矩，汽车从0加速到100公里/小时需要8.9秒，最高车速可达210公里/小时(选装V级轮胎时，最高车速可达220公里/小时)。而在这种出色的性能下，欧盟测试循环中的平均耗油量却仅为10.1升/100公里。