Zaprezentowany w 1988 roku sportowy model M5 bazował na modelu serii 5. M5 E34 była drugim po M5 E28 sportowym modelem serii 5. Jako źródło napędu postanowiono zamontować silnik z BMW M1, który wcześniej montowano również w M5 starszej generacji. Model M5 wykonywany był całkowicie ręcznie w zakładach BMW Motorsport. Konkurencją dla M5 E34 był wozy takie jak Lotus Omega, Mercedes 500E, Audi S4, czy sportowe kombi model RS2, które Audi nazywa Avant.

W 1990 roku w ramach dobrowolnej umowy między firmami Audi, BMW i Mercedesem podpisano porozumienie zakładające instalowanie w ich samochodach elektronicznego „kagańca” ograniczającego prędkość maksymalną do 250 km/h. W roku 1992 roku pojawiła się mocniejsza odmiana tego samego silnika tym razem z powiększoną pojemnością 3,8 l i mocą 340 KM. Nigdy jednak nie produkowana na rynek USA, przez cały okres produkcji była tylko odmiana z silnikiem 3.5.

Samochód po roku 1992 oferowany był również z nadwoziem touring (kombi), a od wiosny 1994 roku ze skrzynią manualną Getrag o 6 przełożeniach i tzw. szerokim grillem na przodzie, który dotychczas był zarezerwowany dla modeli E34 z silnikami V8, także z pakietem Nürburing, który zawierał: Servotronic, tylny stabilizator o gr. 19 mm, a w przypadku Touringa 20 mm, koła 9×17 z oponami 255/40R17, oraz EDC (Electronic Damper Control), czyli elektroniczną kontrolę amortyzatorów.

Produkowane były także specjalne krótkie serie M5: Cecotto, Winkelhock, Naghi Motors, 20 Jahre, UK Limited Edition oraz M5 Touring „Elekta” edition.

Produkcję rodziny E34 zakończono w 1995 roku, jednak wersja touring (kombi) jako jedyna była produkowana do połowy 1996, w tym również M5 w tej właśnie wersji.