M5 E34 3,6 introducerades i september 1988, men de första bilarna tillverkades redan i april 1988.

Motorn är av samma S38 typ som satt monterad i M5 E28 men med en del förändringar. Motorn fick katalytisk avgasrening som standard (vilket dock inte monterades till vissa marknader bl.a Spanien-utförande) och digital motorelektronik (DME M1.2) samt nytt insugningssystem med resonansstyrning, vilken varierar insugslängden via en ventil och förbättrar därmed motorns vridmoment beroende på varvtal och gaspådrag. Till varje cylinder monterades också ett individuellt gasspjäll, vilket det gjorde även på föregångaren, den nya maskinen fick också en motoroljekylare, installerad under vattenkylaren. Kompressionen anges till 10,0:1. Den nya motorn hade namnet S38B36 och en maxeffekt på 315 DIN hk / 6900 rpm jämfört med den gamla M5 E28 maskinen som hade 286 DIN hk / 6500 rpm.

Chassit är sportigt avstämt, med en lägre markfrigång (ca 20 mm) än en normal 5-serie samt gastrycksstötdämpare fram och nivåreglering bak. Nyutvecklade fälgar med goda aerodynamiska egenskaper och kylning till bromsarna introducerades, kallade M-system I. Mer rejäla bromsar och grövre krängningshämmare kännetecknade också M5:an.

Inredningsmässigt monterades bl.a BMW sportstolar, speciell ratt och växelspak och en ny klädsel med nappaläder i kombination med tyg, vävt i BMW M-kulör.

E34 M5:orna färdigställdes i likhet med sin föregångare för hand, i BMW Motorsport GmbH:s fabrik i Garching strax utanför München.