Вместо центрального воздухозаборника, BMW 3 серии теперь имеет два больших боковых воздухозаборника, расположенных по бокам под фарами. Справа и слева у наружных краев воздухозаборников находятся два дополнительных отверстия для так называемых воздушных шторок. Благодаря оптимизированному воздушному потоку у передних колес они обеспечивают снижение расхода топлива при высоких скоростях. Наиболее значительным дизайнерским элементом передней части нового седана BMW 3 серии являются расположенные вплотную друг к другу узкие отверстия «ноздрей» с характерной рамкой. Здесь заканчиваются четкие линии капота, имеющего ярко выраженный профиль. Таким образом в целом передняя часть кажется более плоской. Особенностью боковой стороны автомобиля является выразительная двойная выштамповка из двух разнонаправленных характерных линий. При этом верхняя линия выштамповки начинается внизу в передней части и с легким изгибом проходит над передним колесом. Вторая линия выштамповки берет начало несколько ниже, за передним колесом, и, слегка поднимаясь, направляется к задней части. Коэффициент аэродинамического сопротивления новой 3 Серии равен 0,26. 

Салон нового седана BMW 3 серии оформлен в типичном для BMW стиле. Кокпит повернут к водителю на семь градусов. Четыре круглых прибора в кокпите (указатель уровня топлива, спидометр, тахометр, температура масла) оснащены дисплеем Black Panel. Входящий в базовую комплектацию, стоящий отдельно на передней панели с горизонтальной структурой монитор системы iDrive с дисплеем высокого разрешения напоминает современные плоские телевизоры. В новинке BMW отказалась от откидного механизма или от козырька для монитора, поэтому вся передняя панель получилась низкой. На центральной консоли перед рычагом коробки передач встроены два больших подстаканника, которые по выбору можно заменить вставным лотком для хранения, который, когда не используется, размещается в перчаточном ящике. Емкость багажного отсека по сравнению с предшествующей моделью увеличилась на 20 литров (до 480 литров). Доступ к багажнику стал легче благодаря опциональной дополнительной функции комфортного бесконтактного доступа без использования ключа. Одним целенаправленным движением ноги под бампером можно активировать механизм открывания крышки багажника. Для отделки интерьера предусмотрено три линии: «Sport», «Luxury» и «Modern». А также, новую «трёшку» можно оснастить спортивным пакетом М. 

Вместе с новым поколением спортивного седана в BMW 3 серии дебютирует и новый четырехцилиндровый двигатель (на версии BMW 328i). Из рабочего объема 1997 кубических сантиметров бензиновый мотор BMW TwinPower Turbo выдает максимальную мощность 245 лошадиных сил, которая достигается при 5 000 об/мин. Максимальный крутящий момент в 350 ньютон-метров двигатель развивает благодаря турботехнологии TwinScroll при 1 250 об/мин и удерживает это значение до 4 800 об/мин. Новый BMW 328i разгоняется с места до 100 км/ч за 5,9 секунды, максимальная скорость ограничена электроникой на отметке 250 км/ч. В среднем такой автомобиль расходует 6,4 литра топлива на 100 километров пути. В модификации 335i устанавливается 3-литровый 306-сильный 6-цилиндровый мотор. Крутящий момент составляет 400 Нм уже при 1 200 об/мин и остаётся неизменным до 5 000 об/мин. BMW 335i разгоняется с места до сотни за 5,5 секунд. В BMW 320i используется четырехцилиндровый 184-сильный дизельный двигатель предшественника с технологией BMW TwinPower Turbo, который при неизменной мощности снизил показатели расхода топлива и вредных выбросов. Средний расход дизельного топлива у нового автомобиля равен 4,5 литрам на 100 километров пути, показатель выбросов углекислого газа – 118 граммов на километр. Весной 2012 года компания BMW дополнит предложение двигателей для нового седана 184-сильным вариантом 320i. В качестве опции для всех моторов предлагается 8-ступенчатая автоматическая трансмиссия. Летом 2012 года начнутся продажи полноприводных моделей BMW 335i xDive, BMW 328i xDrive, BMW 320i xDrive и BMW 320d xDrive. 

В новом BMW 3 серии используется электромеханическое рулевое управление с усилителем EPS (Electronic Power Steering), обеспечивающим эффект усиления с помощью электродвигателя. Усилитель EPS работает только тогда, когда усиливающее воздействие действительно требуется. Поэтому при прямолинейном движении и движении на изгибе дороги с постоянным углом поворота рулевого колеса электроэнергия не расходуется. Этим электромеханическая система рулевого управления отличается от гидравлических систем, которые при отсутствии запроса мощности расходуют энергию, а следовательно и топливо. BMW 335i и 328i в базовой комплектации оснащаются функцией Servotronic, обеспечивающей работу усилителя рулевого управления в зависимости от скорости. На заказ предлагается новая система рулевого управления с изменяемым передаточным отношением, которая в зависимости от угла поворота рулевого колеса адаптирует передаточное отношение рулевого механизма таким образом, что новый BMW 3 серии реагирует на повороты рулевого колеса с разной остротой. При этом движения рулевого колеса, необходимые для больших углов поворота управляемых колес, сокращаются на 25 процентов. Это помогает водителю на парковке. Новинка оснащается легкими тормозами с суппортами с плавающей скобой и большими вентилируемыми дисками. Благодаря суппортам алюминиевой конструкции на передней оси удалось дополнительно снизить неподрессоренные массы. В качестве альтернативы компания BMW предлагает спортивные тормоза M, который включают алюминиевые неподвижные четырехпоршневые суппорты спереди и двухпоршневые сзади, а также увеличенные тормозные диски. 

Выбор разных режимов движения осуществляется с помощью нового переключателя с режимом ECO PRO, который входит в оснащение всех моделей. Переключатель режимов движения воздействует на характеристику педали акселератора, реакции двигателя, характеристику усилителя рулевого привода и пороги срабатывания системы контроля устойчивости DSC. Кроме того, при соответствующем оснащении в эту систему включены функция Servotronic, автоматическая коробка передач и система динамической регулировки жесткости амортизаторов Dynamic Damper Control. Управление осуществляется с помощью переключателя на центральной консоли. С его помощью водитель выбирает между режимами ECO PRO, COMFORT, SPORT и SPORT+. Еще одна кнопка позволяет изменять настройки системы DSC, которую, кстати, можно полностью отключить. 

Презентация первого BMW 3 серии состоялась в июле 1975 года. Двухдверный седан отличала современная ходовая часть со спортивной настройкой с передней подвеской типа МакФерсон и задней независимой подвеской на диагональных рычагах и амортизационных стойках. Длина автомобиля составляла 4 355 миллиметров, ширина 1 610 миллиметров и высота 1 380 миллиметров. Под капотом устанавливались моторы объёмом до двух литров. В 1977 году BMW 3 серии получает шестицилиндровый двигатель. В 1981 году, после шести лет производства, с конвейера сходит миллионный BMW 3 серии. 

Второе поколение «трёшек», дебютировавшее в 1982 году, располагало новым дизайном, оптимизированной аэродинамикой, повышенной вместительностью и комфортом, более высокой мощностью, а также дополнительными вариантами кузова и двигателя. В 1984 году компания BMW представляет новую экономичную концепцию – шестицилиндровый двигатель eta. BMW 325e стал первой «трёшкой», который поставлялся только с катализатором. На второе поколение приходится выпуск дизельного 324d и полноприводного 325iX. В 1989 году появляется 318is – первая массовая четырехцилиндровая модель BMW с четырехклапанной головкой блока цилиндров. 

В 1990 году появилось третье поколение модели, которое отличалось новой технической частью, более крупными размерами и возросшей вместительностью. В 1992 году следует двухдверный вариант. Всего несколько месяцев спустя BMW выпускает еще две новинки: кабриолет и модификацию M3. В 1994 году дебютирует BMW Compact 3 серии. Новые шестицилиндровые двигатели оснащены двумя распредвалами и четырьмя клапанами на цилиндр. У купе силовые агрегаты впервые используют систему бесступенчатого регулирования фаз газораспределения VANOS. Эта новая технология оптимизирует характеристику крутящего момента, расход топлива и вредные выбросы и позволяет инженерам повысить степень сжатия. Еще двумя новинками являются шестицилиндровый дизельный двигатель 325tds с турбонагнетателем и охладителем наддувочного воздуха, а также первый четырехцилиндровый турбодизель 318tds. Кроме того, в начале нового 1995 года шестицилиндровые двигатели BMW получают легкий алюминиевый блок цилиндров. 

В мае 1998 года на старт выходит четвертое поколение BMW 3 серии, который прибавил по четыре сантиметра в длине и ширине. В 320d дебютирует первый дизельный двигатель марки с непосредственным впрыском, 318i впервые получает два балансировочных вала. Наиболее значительной в техническом отношении мерой в шестицилиндровых бензиновых двигателях является внедрение системы Double VANOS. Бесступенчатое автоматическое регулирование фаз газораспределения как на стороне впуска, так и на стороне выпуска делает характеристику крутящего момента более равномерной и дополнительно снижает вредные выбросы. В дизельном 330d топливо в цилиндры впервые подает система впрыска Common Rail. В 2001 году компания BMW представляет систему бездроссельного управления нагрузкой VALVETRONIC. Технология обеспечивает бесступенчатое регулирование хода впускных клапанов и повышает мощность при одновременном снижении показателей расхода топлива и вредных выбросов. Несколько позднее начинается массовое производство системы VALVETRONIC. Кроме того, компания BMW представляет новую систему полного привода для седана и универсала. BMW xDrive работает без традиционных блокировок, эту задачу выполняет автоматическое выборочное вмешательство в работу тормозов отдельных колес. Новым является и то, что крутящий момент между передними и задними колесами может распределяться гибко. К перспективным вариантам моделей четвертого поколения относятся купе и кабриолет BMW 3 серии, которые сразу предлагаются с дизельным двигателем. В 2005 году дебютировало пятое поколение BMW 3 Серии.