Avec une carrosserie différente et plus moderne, la BMW M3 série E46 est introduite en 2001. Dernière M3 à accueillir un moteur 6 cylindres en ligne atmosphérique, la M3 E46 était capable de donner du fil à retordre à Ferrari et Porsche. Le moteur S54B32 de 343 chevaux était plus puissant et plus féroce par rapport à la M3 E36. La voiture sera produite jusqu'en 2006. De 2003 à 2004, cependant, BMW propose une version encore plus sportive, la M3 CSL, produite en 1383 exemplaires.