Am 21. August 2017 wurde der M5 (Baureihencode F90) auf Basis des BMW G30 in Köln auf der Gamescom vorgestellt.
Seine Öffentlichkeitspremiere auf einer Automesse fand im September 2017 wieder auf der Internationalen Automobil-Ausstellung in Frankfurt am Main statt, ausgeliefert wurde er ausschließlich als Limousine ab dem 31. März 2018 zu Preisen ab 117.900 Euro. Zum Marktstart war das auf 400 Exemplare limitierte, 137.400 Euro teure Sondermodell „M5 First Edition“ erhältlich.
Die Karosserie, u. a. mit spezieller Frontschürze, Dach aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), Heckdiffusor und kleinem Heckspoiler, weist anders als das G30-Serienmodell nicht die aerodynamischen Hilfe Air Breather hinter den vorderen Radhäusern auf.
Im Gegensatz zu den Vorgängermodellen hat der M5 erstmals Allradantrieb. Dieser wurde heckbetont und auf Fahrdynamik ausgelegt. Den Motor übernimmt die Limousine aus dem Vorgängermodell. Mit einer maximalen Leistung von 441 kW (600 PS) ist der neue M5 so stark wie die Sondermodelle „M5 Competition“ und „M5 30 Jahre M5“ des Vorgängermodells, das maximale Drehmoment liegt mit 750 Nm darüber. Als Getriebe kommt nun ein Achtgang-Wandlerautomatikgetriebe zum Einsatz. Von 0 auf 100 km/h beschleunigt die Limousine in 3,4 Sekunden, 200 km/h sind nach 11,1 Sekunden erreicht. Die Höchstgeschwindigkeit wird bei 250 km/h oder auf Wunsch bei 305 km/h elektronisch abgeregelt.
Trotz des schwereren Allradantriebs konnte BMW das Gewicht des neuen M5 um rund 15 kg senken.
M5 Competition
Ebenfalls Allradantrieb hat der im Sommer 2018 vorgestellte M5 Competition. Er stellt wieder eine leistungsgesteigerte Variante der Baureihe mit überarbeitetem Fahrwerk dar. Außerdem ist eine exklusive Lackierung für dieses Modell erhältlich. Die Fahrleistungen wurden bei leicht erhöhten Verbrauch geringfügig verbessert. Produktionsstart des M5 Competition war im Juli 2018.
M5 CS
Im Januar 2021 präsentierte BMW den M5 CS (die Bezeichnung steht für Competition Sport). Die Motorleistung wird mit 467 kW (635 PS) angegeben, auf 100 km/h soll er in 3,0 Sekunden beschleunigen. Das Leergewicht konnte unter anderem durch Carbon-Teile, unter anderem Carbon-Schalensitze vorn, und eine reduzierte Dämmung auf 1900 kg gesenkt werden. 23 kg trägt die serienmäßige Karbon-Keramikbremsanlage dazu bei. Anfang 2022 wurde er nach rund einem Jahr Bauzeit und etwa 1100 Fahrzeugen wieder vom Markt genommen.