2013年9月25日，BMW发布了M4的技术规格。它搭载由BMW M GmbH开发和设计的S55B30发动机。这款3.0升直列六缸发动机专为新款M4/M3打造，红线转速为7,600 rpm，转速限制器在7,300 rpm时启动。该发动机采用两个单涡管涡轮增压器，峰值增压压力为18.1 psi (1.2 bar)。功率额定值为317 kW (431 PS; 425 hp)，但并非在特定发动机转速下达到，而是在5,500–7,300 rpm的整个转速范围内均可输出。发动机扭矩在1,850–5,500 rpm的整个转速范围内额定为550 N⋅m (406 lbf⋅ft)。提供两种变速箱选择：6速手动变速箱和7速M-DCT变速箱。7速M-DCT变速箱使车辆从0加速到100 km/h (62 mph)需4.1秒，而6速手动变速箱则需4.3秒。配备手动变速箱的欧规M4重量为1,572 kg (3,466 lb)，而配备M-DCT双离合变速箱的车型则重约40 kg (88 lb)，相比E92 M3减轻了约80 kg (176 lb)。
与其前身E92一样，轿跑车型的车顶由碳纤维制成（除非选装天窗）。碳纤维也用于行李箱盖和发动机支撑杆。M3/M4车型首次采用电动助力转向系统。该转向系统专为M3和M4调校，但因缺乏路感而受到批评。提供18英寸 (460 mm) 和19英寸 (480 mm) 轮毂选项，标配轻量化锻造合金轮毂。M复合制动系统为标配（蓝色制动卡钳），而碳陶瓷制动系统（金色制动卡钳）可作为选装件。
M4配备了主动声浪系统，通过车内扬声器实时放大发动机的自然声浪。BMW声称采用此技术是为了在隔音良好的座舱内减少路噪/风噪的同时，仍能为驾驶者提供M动力发动机的运动声浪。系统中没有人工合成声音或任何预录制音轨。该系统首次应用于M5 (F10)。
M4基于F32 4系，但其50%的部件与4系不同。
M4的敞篷版与其轿跑版一同发布，内部同样称为F82或F83 M4。它与轿跑版共享几乎所有部件，但由于采用折叠金属车顶而更重。敞篷版重量为1,750 kg (3,858 lb)（手动挡），1,691 kg (3,728 lb)（M-DCT）。三片式可折叠硬顶在20秒内完成折叠。两者之间唯一显著的差异是由于可折叠硬顶带来的重量差异。与硬顶版一样，F83 M4使用碳纤维增强塑料来减轻重量并增强车身刚性。
由于额外的重量，其加速较慢，0-100 km/h (62 mph) 加速时间延长了0.3秒；手动挡为4.9秒，M-DCT变速箱为4.4秒。两个版本之间的动态差异非常小。
从2019款车型（2018年7月起生产）开始，BMW移除了碳纤维传动轴，以便安装奥托颗粒捕集器 (OPF)，这是符合WLTP排放法规所必需的，这也意味着BMW无法再为这些车型提供M Performance排气系统。
2017年2月，BMW宣布推出M4 Competition Package。M4 Competition Package将功率输出提高了14 kW (19 PS; 19 hp)，达到331 kW (450 PS; 444 hp)，并配备了经过改进的悬挂系统以提升操控性。新的弹簧、减震器和防倾杆与标配的自适应M悬挂系统相辅相成。BMW还重新调校了电子差速器和动态稳定控制系统，以匹配升级的硬件。内饰基本保持不变，但Competition Package车型配备了新的轻量化运动座椅以及带有M条纹的编织安全带。外观包括带有黑色镀铬排气尾管的M Sport排气系统和高光Shadow Line外部饰件。肾形格栅、侧鳃和后备箱上的车型徽标均增加了亮黑色饰条。
配备Competition Package后，轿跑版从静止加速到100 km/h (62 mph) 需4.0秒。
存在敞篷版本，其加速时间为4.2秒，轿跑和敞篷形式均使用双离合变速箱。
BMW于2015年8月在Pebble Beach Concours d'Elegance上推出了M4 GTS概念车。2016年，BMW推出了该车的量产版，这是标准M4轿跑的赛道聚焦版本，限量生产700台。
M4 GTS搭载与标准M4相同的2,979 cc (3.0 L; 181.8 cu in) 双涡轮增压直列六缸发动机，但功率输出提高了51 kW (69 PS; 68 hp)，在6,250 rpm时达到368 kW (500 PS; 493 hp)，扭矩在5,500 rpm时达到600 N⋅m (443 lb⋅ft)，这主要归功于近二十年来首次用于量产汽车的喷嘴式水喷射系统。除了发动机功率提升外，M4 GTS比配备DCT变速箱的标准M4 Coupé轻27 kg (60 lb)，因此重量现在为1,585 kg (3,494 lb)。M4 GTS配备了新的OLED尾灯（BMW首创）、经过精简和减重的内饰（配备全防滚架，北美市场为半防滚架）、玻璃纤维驾驶室至后备箱隔板、移除的隔音材料、钛合金排气系统、KW suspensions提供的手动可调三向悬挂，以及多向可调碳纤维前唇和尾翼，在300 km/h (186 mph) 时可提供高达63磅的前部下压力和210磅的后部下压力。
0-100 km/h (62 mph) 加速时间缩短至3.8秒，而最高时速为305 km/h (190 mph)。据BMW称，M4 GTS在著名的Nürburgring Nordschleife赛道上跑出了7分28秒的成绩——比基础M4快24秒，比M3 GTS快20秒。
BMW M4 DTM Champion Edition于2014年首次推出，以纪念Marco Wittmann在2014年DTM赛季的胜利，并致敬获胜的BMW M4 DTM赛车。该车型以Wittmann的2014 M4 DTM赛车颜色为基础。2014 DTM Champion Edition限量23台，对应Wittmann的赛车号码。
在赢得2016赛季后，BMW再次推出了M4的DTM Champion Edition。M4 DTM Champion Edition使用M4 GTS的发动机，功率为368 kW (500 PS; 493 hp)，扭矩为600 N⋅m (443 lb⋅ft)，并配备水喷射系统。所有性能数据与GTS完全相同。它限量200台，仅提供白色，以符合DTM赛车的配色。与GTS的视觉差异在于较小的尾翼、不那么激进的前唇、前保险杠上增加了风刀，以及省略了橙色设计元素。
2017年初，BMW宣布推出限量3,000台的M4 CS，其中1,000台交付给美国。M4 CS定位介于M4 Competition Package和M4 GTS之间。M4 CS使用与标准M4相同的发动机，但从M4 Competition Package获得了9马力的提升，产生338 kW (460 PS; 453 hp) 的功率和600 N⋅m (443 lb⋅ft) 的扭矩。M4 CS相比其第一代（2014年）总共提升了28马力。该车采用轻量化内饰，比M4 Competition减轻了35磅 (16 kg)。这在一定程度上是通过使用“压缩天然纤维”内饰门板（带有如M4 GTS所见的织物门拉手）、轻量化M运动座椅以及移除中央扶手来实现的。
这于2018年推出，最初于2016年为BMW M3发布。该车型全球限量300台，旨在庆祝M3敞篷版和M4敞篷版30年的驾驶历程。这些车提供Macao Blue、Mandarin II Uni颜色，以及英国市场独有的哑光Frozen Dark Grey，星形辐条20英寸轮毂采用定制的Orbit Grey饰面。内饰提供两种颜色选择：黑色与白色，以及黑色与蓝色，均为全扩展真皮。此外，门槛和碳纤维内饰上刻有“30 Jahre”字样。性能方面没有变化，但该车基于M4 Competition打造。这些车不提供360摄像头系统，这是未提供的关键选装件之一。
这是BMW为M4打造的最终特别版，限量750台，其中75台运往英国。新款M4 Edition M Heritage基于现有的M4 Coupe，发动机基于M4 Competition。提供三种颜色：Laguna Seca Blue、Velvet Blue metallic和Imola red，仅提供轿跑版本。该车的改动在于内饰，提供三种配色方案：白色与黑色、红色与黑色、蓝色与黑色，座椅、门槛和碳纤维饰条上压印有“M4 Heritage”字样。
M Performance Parts可安装在所有M4车型上。这些部件包括碳纤维扩散器、碳纤维尾翼（仅限F82）（BMW也提供直通式后扰流板）、碳纤维保险杠翼片、前唇、碳纤维格栅、碳纤维发动机盖、碳纤维换挡杆、碳纤维换挡杆周围饰件、碳纤维和Alcantara手刹、碳纤维和Alcantara扶手、M Performance碳纤维门槛、贴花和黑色侧裙。
其他可作为改装件的附加选项包括LCI尾灯、碳陶瓷制动改装套件和M Performance排气系统，所有这些都可以从BMW购买并安装。
