Ominaisuuksissa merkittävintä kehitystä tapahtui takaistuintiloissa, joihin saatiin muutamia kaivattuja lisäsenttejä. Ulkomitoista pituus oli kasvanut 49 mm, leveys 78 mm ja akseliväli 35 mm. Auton suurentumisesta ja varustelun lisääntymisestä huolimatta painot olivat lähes ennallaan.
Tekniikassa suurin muutos oli taka-akselisto, joka oli toteutettu viidellä tukivarrella samoin kuin vuotta aikaisemmin esitellyssä 1-sarjassa. Renkaissa siirryttiin run flat -renkaisiin, joilla oli selkeitä kielteisiä vaikutuksia ajettavuuteen ja mukavuuteen. Autossa ei myöskään ole paikkaa varapyörälle.
320i:n moottori vaihtui 6-sylinterisestä 4-sylinteriseksi Valvetronic-moottoriksi. Tehoa oli 150 hv. Suorituskyky jäi varsin tavanomaiselle tasolle eikä moottorin ääni hivellyt korvia. Samasta moottorista tuli seuraavalle vuodelle myös pienitehoisempi versio 318i (129 hv). 6-sylinterisiä bensakoneita edustivat 325i (218 hv) ja 330i (258 hv). 2,0-litraisesta dieselistä oli kaksi versiota 318d (122 hv) ja 320d (163 hv). 330d:ssä tehoa oli 231 hv. Niin manuaali- kuin automaattivaihteistot olivat 6-vaihteisia. Automaattivaihteistot olivat aikansa parhaimmistoa.
Perusvarustelu ei ollut kovin runsas. Vakiovarusteluun sisältyi mm. ESP, ilmastointilaite, kauko-ohjattava keskuslukitus, sähkölasit, radio/CD sekä etu-, sivu- ja pääturvatyynyt. 6-sylinterisissä malleissa oli lisäksi mm. takaistuimen keskikyynärnoja, nahkaratti, korinväriset ovenkahvat, lämmitettävät peilit ja sumuvalot (ei 325-mallit). Lisävarusteita oli saatavissa myös paketteina. Advantage-paketissa oli mm. nahkaratti, radion säätimet ratissa, sumuvalot ja kevytmetallivanteet. Dynamic-paketti sisältsi mm. urheilualustan, urheiluistuimet, xenon-valot ja 17" kevytmetallivanteet. Comfort-paketissa oli mm. kääntyvät takapenkit, peruutustutka, ilmastointiautomatiikka, sadetunnistin ja Professional-radio.
Kesän 2005 uutuuksia olivat nelivetomallit 325xi, 330xi ja 330xd sekä farmarimalli Touring (E91). Nelivetojärjestelmä oli nyt toteutettu BMW:n maasturien tapaan eli voimanjako etu- ja taka-akselin välille muuttui sähköisesti. Perusjako oli 40/60.
Touringin pituus oli sama kuin Sedanissa, joten maksimaalista tavaratilaa ei ollut tavoiteltu. Takalasi oli erikseen avattavissa.
Vuonna 2006 valmistettiin 2600 kappaleen erä mallia 320si, jossa tehoa oli 177 hv. Moottori oli 2 mm 320i:tä lyhytiskuisempi ja vastaavasti sylinterin halkaisija oli 1 mm suurempi. Moottorissa ei ollut Valvetronic-järjestelmää. Vaihteiston välitykset olivat huomattavasti 320i:tä urheilullisemmat. Tässä mallissa on koettu runsaasti moottorivaurioita.
2-ovinen Coupe (E92) esiteltiin syksyllä 2006. Ulkokuoressa ei ollut yhteisiä osia sedanin kanssa. Samaan aikaan Coupen esittelyn kanssa moottorivalikoimaan tuotiin tuplaturboilla varustettu 3,0-litrainen 335i, jossa oli tehoa 306 hv. Tämä moottori palkittiin kokoluokassaan useita kertoja maailman parhaana moottorina. Toinen moottorivalikoiman uutuus oli 325d, jonka 3,0-litraisessa moottorissa oli tehoa 197 hv.
Tammikuussa 2007 esiteltiin Cabriolet (E93), jossa oli nyt kova metallikatto, joka avautui 22 sekunnissa. Cabrioletissa esiteltiin uudistunutta moottorivalikoimaa: 325i oli nyt 3,0-litrainen teholtaan sama 218 hv kuin aikaisempi 2,5-litrainen. 330i:n teho nousi 272 hevosvoimaan. Myös dieselvalikoimassa oli nyt saatavissa tuplaturbo eli 335d (286 hv). Coupessa ja Cabriossa 320i:n teho nousi 170 hevosvoimaan.
Vuosimalliin 2008 myös Sedaniin ja Touringiin tulivat uudistetut 4-sylinteriset moottorit 318i (143 hv), 320i (170 hv), 318d (143 hv) ja 320d (177 hv). EfficientDynamics-ohjelman mukaisesti BMW panosti nyt voimakkaasti taloudellisuuteen. Kaikissa malleissa oli mm. energian talteenotto moottorijarrutuksessa ja manuaalivaihteisissa sammutusautomatiikka. 318- ja 320-mallit olivat saatavissa myös Business-mallina, jossa oli vakionopeussäädin, sadetunnistin, kevytmetallivanteet, napeilla varustettu nahkaratti ja automaatti-ilmastointi.
Kesällä 2007 esiteltiin M3, joka oli saatavana aluksi Coupena ja Sedanina, vuoden 2008 alusta myös Cabrioletina. M3:n moottori oli vaihtunut 4,0-litraiseksi V8:ksi ja tehoa oli 420 hv. Moottori oli läheistä sukua M5:n V10:lle. Painoa oli pidetty kurissa mm. hiilikuituvahvisteisen muovikaton avulla, mutta silti sitä oli kertynyt 78 kg edeltäjää enemmän eli Coupena 1655 kg ja Cabriona peräti 1905 kg. Vaihteisto oli aluksi 6-vaihteinen manuaali. Vuonna 2008 esiteltiin myös kaksoiskytkinvaihteisto. M3:n ajettavuutta kehuttiin. Moitteita kirjattiin moottorin heikosta väännöstä pienillä kierroksilla.
Kesällä 2008 esiteltiin perusmalli 316i, jonka moottori oli tällä kerralla mallimerkintänsä kokoinen ja teholtaan 122 hv. 316i tuli myyntiin vain muutamissa maissa, Suomi mukaan lukien.
Syyskuussa 2008 esiteltiin uudistetut Sedan- ja Touring-mallit, joita BMW:n tapaan joskus näkee kutsuttavan LCI-malleiksi. Uudistus oli tavanomaista laajempi. Uudet muodot ovat selvästi erotettavissa niin keulassa kuin perässä. Etupuskurin, keulan ”munuaisten” ja ulkopeilien muodot ovat aikaisempaa pehmeämmät. Sisustuksessa muuttuivat lähinnä ohjauspyörä ja verhoilukankaat. Aikaisemmin kritisoitu iDrive-käyttöliittymä (vakiona navigoinnin yhteydessä) sai käyttöä helpottavia pikanappeja.
Kaikissa malleissa oli nyt sähköinen ohjaustehostin. 330d sai uuden alumiinimoottorin, jossa oli tehoa 245 hv. 325d ja 335d sen sijaan jatkoivat vanhalla moottorilla. Nelivedon sai nyt myös 320d-malliin.
Business-paketti sisälsi ilmastointiautomatiikan, vakionopeussäätimen, sadetunnistimen ja nahkaratin sekä Touringissa kattokaiteet.
Syksyllä 2009 tuli 316d. Samalla esiteltiin uusia varustepaketteja: Business Sport, Business Comfort, Edition Exclusive, Edition Lifestyle, Edition Sport sekä M3 Competition. 316i-malliin sai Edition-paketin, jossa oli mm. kevytmetallivanteet, sadetunnistin ja automaatti-ilmastointi. Nämä olivat myös uusissa Business-paketeissa. Business Comfortissa oli lisäksi mm. automaattivaihteisto ja metalliväri. Business Sportissa oli urheiluistuimet, M Sport -alusta ja ksenonvalot.
Coupe ja Cabriolet uudistuivat maaliskuussa 2010. Näiden mallimuutos oli Sedania ja Touringia vähäisempi. Ulkoisesti muutettiin etu- ja takapuskureita ja ajovaloja, jotka saivat LED-rinkulat. Samalla esiteltiin M3 GTS.
Maaliskuussa 2010 tuli myös kaikkien korimallien moottoristoon uudistuksia: 320d:n teho nousi 184 hevosvoimaan ja sen rinnalle tuli Sedanissa (vuotta myöhemmin myös Touringissa) 163-hevosvoimainen säästöversio EfficientDynamics Edition. 325d:n teho nousi 204 hevosvoimaan.
Helmikuussa 2011 tulivat tarjolle 4-sylinteristen mallien Limited Business Edition -versiot Sedan- ja Touring-malleihin. Näiden varustukseen sisältyi mm. navigaattori, ksenonvalot, 17” kevytmetallivanteet, automaatti-ilmastointi, peruutustutka, vakionopeussäädin, sadetunnistin sekä taittuvat takaselkänojat, jotka olivat puuttuneet aiemmista Sedanien Business-paketeista.
Coupe- ja Cabriolet-malleihin tuli vielä pieniä muutoksia vuonna 2011. Äänieristystä parannettiin, jousitusta pehmennettiin ja hallintalaitteisiin tuli pieniä muutoksia. Uusia varustepaketteja vuodelle 2012 olivat Exclusive Edition ja M Sport Edition.
BMW 3-sarjan parhaita ominaisuuksia on jämäkkä ja viimeistelty tunnelma. Vikatilastoissa E90 sijoittuu selvästi keskiarvon paremmalle puolelle. Vakavia tyyppivikoja mallisarjassa ei ole. Eri lähteissä mainittuja vikakohteita ovat: korkeapainebensapumppu 6-sylinterisissä bensaversioissa, ajovalonpesimen vuotavat tiivisteet, polttoainevuodot täyttöputken huohotinputkesta täydellä tankilla, lämmityslaitteen puhallin, vain toiselta puolelta kiinni ottava käsijarru, kytkimen ravistaminen ja alustan helojen väljiintyminen. Ruostesuojaus on hyvä.
Hyvissä olosuhteissa 3-sarja on mainio ajettava. Niitä valitettavasti Suomessa on vähän. Uraisilla teillä auto on levoton. Hydraulisesti tehostettu ohjaus on keskimääräistä raskaampi ja tunnokas, mutta hitaissa nopeuksissa puutteellisesti keskittävä. Kaupungissa 3-sarja on ketterä ja näkyvyys varsin hyvä. Ajonvakautuksen toiminta on tässä mallisarjassa parhaimmillaan. Se sallii kohtuullista luistoa ja etenemiskyky talvikelillä on edeltäviä malleja parempi. Lämmityslaite on melko hidas.
Vakiojousitus oli hieman aikaisempaa jämäkämpi, mutta mukavuudeltaan kokoluokkansa parhaimmistoa. Kovuus tulee esille lähinnä poikittaissaumoissa. Melutaso on eräs luokkansa hiljaisimmista. Vakiovarusteinen BMW Business-radio on auton hintaluokkaan nähden vaatimaton äänenlaadultaan.
Sisätilat soveltuvat kohtalaisesti neljän aikuisen kuljettamiseen. Ensimmäisenä pulaa on takaistuimen pääntilasta. Moitteita voi antaa myös ahtaahkosta kulkuaukosta takaistuimelle. Istuma-asento on urheilullisen matala. Tavaratila on luokan keskiarvoa pienempi ja sedanissa lastausaukko on pieni.
Niin bensa- kuin dieselmallien kulutus on pieni. Dieselit ovat myös suorituskyvyltään aikansa kärkitasoa. Nelisylinteriset bensamoottorit ovat melko laiskoja. 3-sarjan vakuutusmaksut ovat luokkansa kalleimmat. Käytettynä E90 säilyttää hintansa hyvin.
