Khác với vẻ ngoài hiện đại, nội thất xe lại mang nhiều nét cổ điển. Phía trước mặt người lái là 2 đồng hồ lớn, gắn trên nền đen đặc trưng, cung cấp các thông số về tốc độ hay vòng tua máy. Điểm nổi bật nhất chính là một màn hình màu hiển thị các chỉ dẫn trên đường, có thể gập lại hay mở lên tuỳ yêu cầu sử dụng. Tuy nhiên, thiết bị này nằm trong mục tuỳ chọn dành cho khách hàng. Khoang chở đồ phía sau rộng rãi, có thể để gọn gàng vài chiếc xe đạp địa hình hay những vật dụng cần thiết cho một cuộc cắm trại gia đình.

Hiệu năng mạnh mẽ của xe được đảm bảo bởi động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng, có 2 loại dung tích 2,5 và 3 lít. Công suất của động cơ 3 lít là 225 mã lực, còn 2,5 lít là 184 mã lực. Cả 2 mẫu xe đều được lắp tiêu chuẩn hộp số tay 6 cấp. Hộp số tự động 5 cấp Steptronic là một lựa chọn.

Với X3, việc bị mất lái khi đang vào cua ở tốc độ cao được giảm xuống tới mức tối thiểu nhờ lực lái được truyền tới riêng từng trục tại mọi thời điểm. Trong khi vận hành, hệ thống xDrive đặt ra tiêu chuẩn cao cho các đối thủ về độ an toàn, giúp người điều khiển xe có cảm giác thoải mái. Nó cũng đảm bảo chiếc xe sẽ bám đường chắc hơn, bất kể điều kiện đường trơn hay địa hình gồ ghề.

Suốt quá trình chế tạo chiếc X3, hãng BMW cũng tập trung vào nâng cao độ an toàn chủ động và thụ động lên mức cao nhất. X3 có trọng tâm thấp, giảm đáng kể sự rung lắc. Và với lực phanh được phân bổ thông minh, xDrive giữ chiếc X3 rất vững chãi ngay cả trong những khúc cua gấp.

Khi đường đi trở nên khó khăn, hệ thống kiểm soát chủ động (DSC - Dynamic Stability Control) sẽ can thiệp để tạo sự cân bằng cho hành khách. Ngoài ra, X3 còn có hệ thống kiểm soát quá trình xuống dốc (HDC - Hill Descent Control) đảm bảo an toàn ngay cả khi đường trơn trượt.