Prendendo come base il 2 litri utilizzato in formula 2 i tecnici della Motorsport ne modificarono la testata e la distribuzione, adottando per la prima volta su un modello della Serie 3 la configurazione a 4 valvole per cilindro. Inoltre il propulsore subì una profonda operazione di rialesatura, volta ad aumentarne la cilindrata. Da queste premesse nacque, alla fine del 1986, la prima serie della M3 derivata dalla Serie 3 E30. Presentata al Salone di Francoforte del 1985, la M3 si distingueva nettamente dal resto della gamma della Serie 3: oltre ad una carrozzeria estremamente elaborata (spoiler, appendici aerodinamiche, grande alettone posteriore, parafanghi allargati, cofano bagagliaio e montante posteriore modificati), la M3 poteva contare su un nuovo motore 4 cilindri in linea 16 valvole di 2.302 cm³ da 195 CV (143 kW) a 6.750 giri/min nella versione catalizzata e da 200 CV in quella priva di catalizzatore. Anche l'impianto frenante (a 4 dischi autoventilati con ABS), sospensioni, cambio e assetto vennero adeguate alle maggiori prestazioni e alla prospettiva di un uso agonistico. La M3 così equipaggiata raggiungeva una velocità massima di 235 km/h, testimoniando il notevole lavoro svolto dalla Motorsport. I tempi di consegna erano decisamente lunghi ed il prezzo era decisamente elevato, ma giustificato dall'elevata qualità costruttiva e dall'esuberanza del propulsore. Le prime consegne avvennero quindi nel 1987. Ma già nel 1988 la M3 subì una decisa rivisitazione meccanica che fece lievitare la potenza massima a 215 CV (158 kW). La velocità massima salì a 240 km/h. Il 1989 fu l'anno caratterizzato dalle maggiori novità: da una parte fu lanciata la M3 Cabrio (limitata a 783 esemplari), equipaggiata però con l'unità da 200 CV delle prime M3. Con i suoi 228 km/h, la M3 divenne una delle cabriolet di riferimento quanto a prestazioni. Dall'altra parte, alcune esigenze di omologazione della vettura nei campionati internazionali costrinse la Casa bavarese a realizzare una serie limitata (600 esemplari in tutto) denominata M3 Sport Evolution, equipaggiata da una versione profondamente rivista del "normale" 2.3 litri delle altra M3, e che in questo caso raggiunse una cilindrata di 2.467 cm³ ed una potenza massima di 238 CV (175 kW) a 7.000 giri/min.