F30 3系的M3版本被指定为F80，生产于2014年至2018年。F80 M3搭载BMW S55双涡轮增压直列六缸发动机，因此成为首款涡轮增压M3车型。尽管排量小于上一代M3所使用的V8发动机，但从自然吸气发动机转向涡轮增压使得峰值功率从309千瓦（420马力；414匹马力）提升至317千瓦（431马力；425匹马力），峰值扭矩从400牛·米（295磅·英尺）提升至550牛·米（406磅·英尺）。
官方0-60英里/小时（0-97公里/小时）加速时间，配备M-DCT变速箱为3.9秒，手动变速箱为4.1秒。最高时速限制在250公里/小时（155英里/小时），但可选装M Driver套件可将此提升至280公里/小时（174英里/小时）。整备质量为1,621公斤（3,574磅）。
F80 M3与F82 M4（其双门轿跑车对应车型）一同在2014年北美国际车展上亮相。这款双门M3已被更名为BMW M4——与新的BMW 4系系列保持一致。
2016年，M3和M4推出了Competition套件。改动包括功率提升至331千瓦（450马力；444匹马力），重新调校电子差速器和电子稳定控制系统（"DSC"），悬挂升级以及新前排座椅。官方0-100公里/小时（62英里/小时）加速时间，配备双离合变速箱为4.0秒。
F80世代的M3仅作为轿车生产，这遵循了公司计划将4系轿跑车和敞篷车从3系中分离出来。为最小化重量，车顶采用碳纤维制成，引擎盖和前翼子板采用铝制。
F80 M3的设计在（夏季）2015年针对2016款车型进行了更新，并在（三月）2017年针对2018款车型再次更新。前者为尾灯配备了LED，后者则重新设计了前大灯，并配备了更新、更具棱角的LED。
M Performance部件可安装在所有M3车型上。这些部件包括碳纤维扩散器、碳纤维扰流板、碳纤维保险杠翼片、分流器和侧裙。
仅在澳大利亚销售的M3 Pure车型作为基础型号推出，价格低于常规M3。M3 Pure拥有Competition套件的发动机、排气系统和悬挂。外部装饰包括黑色徽标、前格栅、侧格栅和排气管，而内部装饰则采用皮革和织物组合。
2018年生产了一款"M3 CS"特别版，配备升级发动机，额定功率为338千瓦（453马力）和601牛·米（443磅·英尺）。通过使用碳纤维引擎盖和前分流器、Alcantara内饰部件以及更薄的侧窗玻璃，重量减轻了50公斤（110磅）[需要引用]。
CS的总产量为1,200辆。
为庆祝首款M3推出30周年，BMW生产了限量版30-Jahre车型。仅制造了500辆并全球分销，其中150辆运往美国。美国车型均配备Individual Macao Blue车漆、Fjord Blue和黑色内饰、Competition套件以及众多徽标和装饰，表明这些车是30-Jahre Edition。
2018年，BMW生产了20辆M3 Velocity Edition车型，仅面向驻扎在德国斯图加特的军人销售。Velocity Edition配备Competition套件，仅提供"Fashion Grey Metallic"颜色。激光雕刻的仪表板/发动机支撑杆标明了这20辆车的编号。
随着M3车型现在仅作为轿车，赛车活动转向了M4（F82）轿跑车。
由于需要进行大量改动以满足WLTP排放法规，生产于2018年10月停止。然而，M4车型仍在生产中。
