第二代（E36）首次采用直六心脏

1994年，换代车型E36 M3登场。如果说第一代M3只注重车辆性能，那第二代M3则兼顾了重日常使用的舒适性。车身长度增加至4433mm，而轴距也从原来的2565mm加长到2700mm，意味着E36 M3的内部空间更为宽敞，乘坐舒适性得到了大幅提升。从外观上看，E36 M3拥有更加动感的车身包围，前后保险杠都经过空气动力学优化，车身侧面的防擦条 带有M3标识，低调中又带一丁点的张扬。

第二代M3搭载了六缸发动机，发动机的位置更靠后，也是现代宝马前中置发动机的基础，带来了车身前后50：50的完美配重比例。而在底盘上，E36版M3为了克服加长轴距带来了操控下降，借鉴了宝马Z1跑车上的Z-axle式连杆悬架设计，使得其操控性能不但没有下降，反而有所提升。

代号S50B30的2990cc直列六缸自然吸气发动机，开始使用VANOS可变气门正时技术，但仅限进气侧。双顶置凸轮轴，24气门，10.8：1高压缩比的设计，能爆发的最大马力为286hp。1995年的E36 M3小改款车型上，在S50B30上改进而来的S50B32发动机具有里程碑式的意义，把排量提升到了3201cc，压缩比提高到11.3：1，并且有Double-VANOS进排气侧可变气门正时技术投入量产，使得宝马自然吸气量产车型首次突破每升100马力的大关，最大马力输出达到了321hp，多次在“年度发动机”的评选中获得最佳荣誉。

E36 M3采用了与普通3系相同的悬架形式，麦弗逊式独立前悬架，多连杆式独立后悬架，但悬架高度降低了31mm，相关组件都由M公司进行了强化。制动系统则被升级到了前315mm、后313mm通风刹车盘。1997年之后的版本还可选装全新的6速SMG序列式变速箱。第一代SMG有S和A两种换挡模式，驾驶者可以在S和A之间任意切换。当选择A模式时，它就是一台自动变速箱，ECU会根据当前车速和发动机的转速自动选择换挡时机；当选择S模式时，也就是手动模式，变速箱挡杆向后拉为升挡，向前推则降挡，如果你不做任何动作，即使发动机转速拉到红线断油变速箱也不会自己升档，完完全全变回一台手动变速箱。

除了双门和四门版之外，E36 M3也同时推出六款限量版车型，分别是M3 Euro-Spec、M3 CSL、M3 GT、M3 GT-R、M3-R与M3 Evolution Imola Individual。其中，M3-R版本是为为澳大利亚超级量产车系列赛而定制的车型，也就是后期3.2升321hp版本发动机的搭载车型，有里程碑式的意义。另外，宝马还曾在1996年制造过一辆两厢版的E36 M3 Compact，搭载3.2升发动机与德国GETRAG公司提供的6速手动变速箱，该车还拥有力量感十足的双边四出排气管。