G20 3系列的完整M版本搭载了在G01 X3 M上首次亮相的BMW S58涡轮增压直列六缸发动机。G80 M3更显著的变化是功率输出为473马力，比前代F80 M3增加了35千瓦（47马力；47马力），并采用了来自4系列的双肾格栅，这在评论家中引起了显著争议。新款M3可选装全轮驱动（xDrive），这是M3首次使用非后轮驱动的传动布局。手动变速箱仅与后轮驱动搭配提供，是标准M3型号唯一可用的变速箱。
它提供Touring（旅行车）车型，标志着BMW首次推出M3 Touring。G80 M3作为2021型号上市，初始原型与BMW M4 G82一起在纽博格林赛道测试。它于2020年9月23日与新款M4一起正式揭幕。
在2020年发布时，M3 Competition型号与标准M3型号一起揭幕。与标准M3相比，M3 Competition的功率输出增加了22千瓦（30马力；30马力），总计375千瓦（510马力；503马力），扭矩增加了100牛·米（74磅·英尺），达到650牛·米（479磅·英尺），并且仅提供8速M Steptronic Sport自动变速箱。M3 Competition还具有独立的变速箱油冷却器、黑色镀铬排气管、锻造M轻合金轮毂、自动刹车保持功能和高光黑色后视镜。
2023年，在戴通纳24小时耐力赛上，BMW揭幕了限量生产的M3 CS型号。该型号的功率增加到405千瓦（550马力；542马力），与M3 Competition xDrive相比减重15公斤（33磅）。它仅提供全轮驱动和8速自动变速箱型号。BMW还将为日本国内市场生产30辆M3 CS Touring。
2022年7月，针对2023型号年，M3轿车获得了新的双曲面显示屏，搭载iDrive 8，与改款的标准3系列匹配。它取代了之前搭载iDrive 7的独立数字驾驶舱和信息娱乐系统。M3 Touring直接使用新显示屏发布。
M Performance Parts可安装到所有型号。这些包括尾翼、碳纤维侧裙、M Performance排气系统、鸭翼、碳纤维前唇、碳纤维扩散器和后部地面效应套件。
最初是BMW在2025年社交媒体帖子中开的愚人节玩笑，用户压倒性的积极反馈说服BMW继续开发M3 Touring的赛车版本。近一年后的2026年3月16日，BMW正式在线揭幕了M3 Touring 24H，分享了该车在工作室和赛道上完成测试的图片。它与BMW M4 GT3 Evo共享同一平台，但由于旅行车车身风格，长了200毫米，高了32毫米（包括后尾翼）。在公告中，他们确认了将该车参加2026年纽博格林24小时耐力赛的意图，属于SP-X特殊车辆类别，由厂队车手Connor De Phillippi、Ugo de Wilde、Jens Klingmann和Neil Verhagen驾驶。
