К осени 2011 года линейка двигателей для этой модели класса SAV расширится за счет появления BMW X3 xDrive20i и BMW X3 xDrive35d.

BMW X3 xDrive20i новой модели базового уровня семейства Х3. Его новый бензиновый 2,0-литровый четырехцилиндровый двигатель развивает 184 лошадиные силы при 4 800 об/мин. Максимальный крутящий момент в 270 ньютон-метров достигается при 1 250 об/мин. Данный двигатель оснащается технологией BMW TwinPower Turbo, которая включает в себя систему наддува по принципу Twin Scroll (две «улитки»), систему непосредственного высокоточного впрыска топлива High Precision Injection, систему бесступенчатой регулировки фаз газораспределения Double-VANOS и систему бесступенчатой регулировки хода клапанов VALVETRONIC. Эта технологическая комбинация применяется в 306-сильном рядном шестицилиндровом двигателе модели X3 xDrive35i. Новый BMW X3 xDrive20i серийно оснащается шестиступенчатой механической коробкой передач, в качестве опции имеется восьмиступенчатая автоматическая трансмиссия. В обоих случаях серийный пакет технологий BMW EfficientDynamics включает в себя функцию Auto Start Stop, которая автоматически выключает двигатель во время остановки на перекрестке или в пробке для предотвращения излишнего расхода топлива на холостом ходу. Российская стоимость X3 xDrive20i составляет 1 730 000 рублей.

Новый вариант шестицилиндрового 3-литрового дизельного двигателя в BMW X3 xDrive35d развивает 313 лошадей при 4 400 об/мин. Данный мотор располагает полностью алюминиевым блоком цилиндров и оснащается технологией BMW TwinPower Turbo, которая комбинирует усовершенствованную систему двухступенчатого наддува по принципу Variable Twin Turbo (двойной регулируемый турбонаддув) и систему непосредственного впрыска топлива Common-Rail самого последнего поколения. При низких оборотах двигателя в работу включается в первую очередь малый турбонагнетатель и подает сжатый воздух сначала напрямую к камерам сгорания, минуя большой турбонагнетатель. Благодаря этому происходит быстрый, без потерь рост давления наддува. Лишь при более высокой нагрузке двигателя электронная система управления задействует байпасный модуль большого турбонагнетателя. Точное дозирование топлива, а также эффективное и чистое сгорание обеспечит система впрыска с максимальным давлением 1 800 бар и форсунками, оснащенными электромагнитными клапанами. BMW X3 xDrive35d серийно оснащается восьмиступенчатой автоматической коробкой передач, включая функцию автоматического выключения и перезапуска двигателя Auto Start Stop. В России X3 xDrive35d стоит 2 350 000 рублей.