車上搭載一具由 BMW M GmbH 開發的 3.0 升 M Performance TwinPower Turbo 柴油 3 渦輪增壓直 6 引擎，可輸出 381 匹最大馬力與 75.5 公斤米峰值扭力，與其搭配的是 8 速 Steptronic 手自排變速箱，賦予本車更綿密直接的動力傳輸表現。
儘管車重已超過 2.2 公噸，然而直接靈敏的油門反應，無論在市區車陣中走走停停，或是在高速公路上全速奔馳，那種隨傳隨至的加速力道，都令人激賞不已。其 0～100 公里／時加速僅需 5.3 秒，極速則約定成俗地被封印在 250 公里／時。根據經濟部能源局公佈的歐規平均油耗，這輛 X5 M50d 每公升柴油可行駛 11.1 公里，以此等噸位及性能的豪華 SUV 來說，堪稱極為優異的表現。