El M40i es la versión más potente de la gama X4 gracias a un motor de gasolina de 3,0 litros de cilindrada con 360 caballos de potencia. Está en venta por 73 500 euros, unos 12 000 menos que su principal competidor, el Porsche Macan GTS (ficha comparativa). Un Audi SQ5 TDI plus (que tiene un motor Diesel de 340 CV) también es claramente más costoso, mientras que un Jaguar F-PACE 3.0 V6 S/C 340 CV cuesta algo menos (ficha comparativa).

Puede acelerar desde parado hasta 100 kilómetros por hora en 4,9 segundos y su velocidad máxima es 250 kilómetros por hora (limitada). Hasta la llegada de este modelo, el X4 más potente era el xDrive35d, cuyo motor Diesel da 313 caballos. En gasolina, la versión inmediatamente anterior por potencia es la xDrive35i de 306 caballos. El X4 M40i consume 8,6 l/100 km de media, que es ligeramente más de lo que consume el X4 XDrive35i (8,3 l/100 km) y prácticamente lo mismo que el Porsche Macan S (8,7 l/100 km).

El BMW X4 M40i tiene cambios en el chasis, que incluyen mayor caída de las ruedas en el eje delantero, muelles más duros, barras estabilizadoras distintas y discos de freno de mayor tamaño (eso sí, las pinzas siguen siendo flotantes y de un solo pistón). Como otros X4, tiene suspensión de dureza variable, aunque con un reglaje específico. Las llantas de serie son de 19 pulgadas de diámetro y opcionalmente las hay de 20. Los neumáticos de estas últimas son unos Michelin Pilot Super Sport.

El motor del BMW X4 M40i comparte semejanzas técnicas con el tienen, por ejemplo, el xDrive35i y el M3 o M4. Es un motor de seis cilindros en línea con bloque y culata de aluminio, con inyección directa de carburante y un turbocompresor de doble entrada (que va colocado en el colector de escape para reducir el tiempo necesario para su calentamiento). La cilindrada es exactamente 2979 cm³ (que viene de un diámetro de 84 mm y de una carrera de 89,6 cm). Otras características son que tiene un sistema de distribución variable «doble-VANOS» (que modifica el momento de apertura de las válvulas, tanto en admisión como en escape, en función del régimen del motor) y Valvetronic (cuya función es regular la cantidad de aire que pasa a la cámara de combustión sin necesidad de mariposa). Una de las cosas que el motor del X4 M40i comparte con el M3 y M4 son los pistones con segmentos superiores específicos, cojinetes del cigüeñal y bujías.

En el escape hay unas mariposas controladas electrónicamente que varían el recorrido que realiza el gas de escape, lo que permite alterar el sonido que produce.

La caja de cambios es automática de ocho relaciones (Steptronic) adaptada a las características del motor. Tiene un programa de funcionamiento denominado Launch Control que permite salir desde parado con la máxima aceleración. Si se maneja de modo manual «es posible mantener las marchas hasta el corte de revoluciones».

Son de serie en el M40i, entre otros elementos, el paquete deportivo M, la tapicería en cuero y tela, la dirección deportiva variable o el portón del maletero con accionamiento eléctrico. La carrocería puede ir pintada en color Long Beach Blue, que es exclusivo para esta versión.