Започвайки с X5, серията кросоувъри на BMW се разширява и през 2003 г. те започват да произвеждат компактен кросоувър X3, а след това през 2008 г. започва производството на луксозен кросоувър от среден размер X6, който споделя своята платформа с X5.
Първо поколение (E53; 1999–2006)
Историята на X5 започва през 1994 г., когато след придобиването на Rover се появиха идеи за пускане на BMW кросоувъри. До есента на 1996 г. дизайнът е одобрен и дизайнерската основа за X5 (E53) е дефинирана, а прототипите са тествани през втората половина на 1997 г. Производството започва на 1 септември 1999 г първо поколение X5 с корпус E53 в американските заводи на BMW в Гриър, Южна Каролина и Толука, Мексико.
BMW X5 е разработен основно като спортен автомобил и неговите офроуд способности са по-ниски от Range Rover, неговото "вдъхновение". В тази връзка BMW въведе класификацията на X5 като SAV (Sports Activity Vehicle), вместо SUV.
През 2003 г. колата е обновена. Промените засегнаха фаровете, радиаторните решетки, задните светлини, появиха се нови цветове на каросерията, двигателите бяха модернизирани и започна да се използва нова система за задвижване на всички колела xDrive. Автомобилът вече може да насочва произволен процент от мощността на двигателя към предната или задната ос, вместо първоначалния модел 62%-38%.
Имаше пет бензинови двигателя - 3,0 литра (l6, 231 к.с.), 4,4 литра (V8, 286 к.с.), 4,4 литра (V8, 320 к.с.), 4,6 литра (V8, 340 к.с.) и 4,8 литра (V8, 360 к.с.). Дизеловите двигатели са само два – и двата 3.0 литра със 184 и 218 к.с. Трансмисиите бяха 5- и 6-степенни автоматични и ръчни. През 2006 г. производството на E53 приключи и той беше заменен от новия стил на каросерията E70.
Второ поколение (E70; 2006–2013)
Второто поколение на BMW X5 беше представено на автомобилното изложение в Париж през август 2006 г. Официалните му продажби започнаха през ноември 2006 г. Производството също беше разположено в САЩ. Системата за задвижване на четирите колела xDrive, която се появи при рестилизираното първо поколение, се използва и при E70 с допълнителни подобрения. Купето на автомобила е станало със 165 мм по-дълго, с 60 мм по-широко, а междуосието е увеличено със 110 мм.
Автомобилът разполага с много нови технологични постижения за този клас, включително iDrive система, електронен "джойстик" за превключване на скоростите, LED стопове, мигачи на предното стъкло, активно управление, активно окачване, активни стабилизатори и други решения за по-комфортно и безопасно пътуване. Интериорът на автомобила е станал по-голям и е напълно обновен. Появи се централен дисплей с голям екран. Броят на местата е увеличен до седем чрез инсталиране на сгъваеми седалки в багажника.
X5 е оборудван с четири модела бензинови двигатели - 3,0 литра (l6, 261 к.с.), 3,5 литра (l6, 302 к.с.), 4,8 литра (V8, 350 к.с.) и 5,0 литра (V8, 402 к.с.). Първоначално имаше три дизелови двигателя - 3,0 литра (l6, 232 к.с.), 3,5 литра (l6, 282 к.с.), 3,5 литра (l6, 265 к.с.). През 2011 г. се появиха два 6-цилиндрови редови дизелови двигателя с обем 3,0 и 4,0 литра и мощност 242 и 302 к.с. Трансмисията първоначално беше само 6-степенна автоматична Steptronic, а от 2011 г. се появи 8-степенна автоматична ZF 8HP.
Трето поколение (F15; 2013–настояще време)
Третото поколение беше представено на международното автомобилно изложение във Франкфурт през септември 2013 г. Производството започна през август 2013 г., а официалните продажби започнаха през ноември 2013 г. Екстериорният дизайн, проектиран от дизайнера на BMW Марк Джонсън, беше одобрен през ноември 2010 г. Каросерията на автомобила е станала малко по-голяма, междуосието е останало същото. Използването на стомана със свръхвисока якост, термопласти, алуминий и магнезий позволи намаляване на теглото с 90 kg. Интериорът вече разполага с 10,25-инчов дисплей.
Инсталирани са три модификации на бензинови двигатели - 3,5-литров редови l6 с мощност 302 к.с., 5,0-литров V8 с мощност 444 к.с., както и 2,0-литров редови l4 в хибридна електроцентрала с общ капацитет 298 к.с. Има и три модификации на дизеловия двигател: 2.0 л l4 с 215 к.с., 3.0 л l6 с 254 к.с. и 3.0 литра l6 с 309 к.с. Монтира се само една трансмисия – 8-степенна автоматична ZF 8HP.