与2010款X5一样，宝马为新车提供了三种不同的发动机，即4.4L V8双涡轮增压（搭载xDrive50i）、3.0L直列六缸柴油机（搭载X5 xDrive35d）和3.0L直列六缸汽油机（搭载X5 xDrive35i）。值得一提的是，这款3.0L汽油机采用的是双涡管单涡轮增压技术。

双涡管单涡轮就是将一个涡轮增压器的气流在经过涡管时分成两股气流，相比传统的单涡轮，这种设计降低了排气脉冲相互干扰的情况，使得直列六缸发动机的运转更加平顺。动力方面，这款3.0L发动机可以输出300马力，扭矩407Nm。