BMW M4 được trang bị động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng, dung tích 3.0 lít, tăng áp kép M TwinPower, sản sinh công suất tối đa lên tới 431 mã lực tại dải vòng tua máy từ 5.500 đến 7.000 vòng/phút và mô-men xoắn cực đại 550 Nm.
Động cơ trên kết hợp cùng hộp số 7 tốc độ M-DCT, nhờ đó, BMW M4 chỉ mất thời gian 4,1 giây để tăng tốc lên 100