La versión más potente de la gama BMW X6 tiene un motor V8 de gasolina, con 4,4 litros de cilindrada y 575 CV de potencia máxima. Es más potente, rápido y eficiente que su antecesor, el BMW X6 M de 2012 (ficha técnica comparativa).

El motor del BMW X6 M es idéntico al del BMW X5 M y cuenta, por tanto, con las mismas tecnologías, como inyección directa y dos turbocompresores de doble entrada («twin scroll»). La caja de cambios es automática de convertidor de par con ocho velocidades («M Steptronic»).

Cuesta 139 900 euros, 3000 euros más que el BMW X5 M (ficha comparativa). El todoterreno más parecido por potencia y cualidades dinámicas es el Porsche Cayenne Turbo S, que cuesta 192 590 euros y tiene un motor V8 de gasolina de 570 CV. Sus valores de aceleración y consumo medio son muy parecidos (ficha técnica comparativa).El Land Rover Range Rover Sport más potente tiene 510 CV, pero consume más y es más lento. Con el Mercedes-Benz ML 63 AMG de 525 CV sucede lo mismo (ficha técnica comparativa).

La suspensión del X6 M tiene algunas modificaciones respecto al resto de versiones de la gama BMW X6 (unos casquillos más rígidos y un mayor ángulo de caída) y deja la carrocería 10 mm más cerca del suelo. Los muelles del eje posterior son neumáticos (mantienen la altura constante independientemente de la carga que se transporte), mientras que los del eje delantero son metálicos. Los amortiguadores están controlados electrónicamente y varían su dureza en tres niveles distintos: COMFORT, SPORT y SPORT+.

Las llantas de aleación de serie son de 20 pulgadas de diámetro con distintas medidas de neumáticos —285/40 en el eje delantero y 325/35 en el trasero—. Opcionalmente se puede optar por unas llantas de aleación forjadas de 21 pulgadas de diámetro con neumáticos en medidas 285/35 y 325/30 respectivamente. Los cuatro discos de freno están ventilados y perforados. En el eje delantero tienen pinzas fijas con seis pistones, mientras que en el trasero son flotantes y con un pistón.

Además de por los distintos elementos mecánicos específicos de esta versión, el X6 M se distingue del resto de versiones del X6 por el aspecto exterior. Son distintos los paragolpes, la parrilla delantera, el alerón posterior, el soporte doble de los espejos retrovisores o las cuatro salidas de escape situadas en los extremos del paragolpes posterior. En el habitáculo también hay detalles decorativos específicos, como el volante deportivo con levas para el cambio, el reposapiés de aluminio, el cuadro de instrumentos o los asientos deportivos.

Al igual que en el resto de versiones de la gama, el X6 M puede tener diversos elementos de equipamiento relacionados con la ayuda a la conducción, como por ejemplo un sistema de información proyectada en el parabrisas con funciones específicas (muestra la marcha seleccionada, la velocidad mediante dígitos y un gráfico con las revoluciones del motor) o un sistema de cámaras periféricas que proporciona una imagen cenital del vehículo.