Első generáció (E83; 2003–2010)
Az autó premierje 2003 szeptemberében volt a Frankfurti Autószalonon. Az X3 előfutáraként a BMW 2003-ban a Detroiti Autószalonon bemutatta az xActivity koncepcióautót a 3-as sorozat platformjával. Minden X3 modell összkerékhajtással van felszerelve, amelynek nyomatéka alapértelmezés szerint 40:60 arányban van elosztva az első és a hátsó tengely között, és képes az összes nyomatékot bármely tengelyre irányítani.
A BMW 2005-ben frissítette a modellt, 2007-ben pedig újratervezte a modellt karosszériaváltoztatások, motorok, felfüggesztés és belső díszítéssel. Hét év alatt mintegy 600 ezer autót adtak el.
A benzinmotoroknak öt változata volt, 2,0, 2,5 és 3,0 literes űrtartalommal, 148, 181, 215, 228 és 268 LE teljesítménnyel. Dízel hat változat 1,8, 2,0 és 3,0 literes űrtartalommal, 148-282 LE kapacitással. Kétféle sebességváltó létezik - 6 sebességes automata vagy kézi.
Második generáció (F25; 2010–2017)
Az autót 2010-ben mutatták be a Párizsi Autószalonon. A második generáció gyártása Ausztriából a BMW dél-karolinai Greer-i amerikai üzemébe került, ahol az első járművet 2010. szeptember 1-jén adták ki. Minden modell xDrive-nak nevezett összkerék-hajtást használ. 2012-ben egyes országokban az sDrive nevű hátsókerék-hajtású modellel bővült. A hasmagasság 12 mm-rel, a tengelytáv pedig 15 mm-rel nőtt. A teljes időszak alatt több mint 900 ezer autó készült.
Négy benzinmotort használtak - két 4 hengeres, 2,0 literes motort 135 és 180 LE teljesítménnyel, valamint két 6 hengeres soros motort, 3,0 literes űrtartalommal, 179 és 225 LE teljesítménnyel. Négy dízelmotor is létezik - két 4 hengeres, 2,0 literes motor 105 és 135 lóerős teljesítménnyel, valamint két 6 hengeres soros motor, 3,0 literes űrtartalommal, 190 és 230 LE teljesítménnyel. 2014-ben frissítették a motorkínálatot, a mennyiségek változatlanok maradtak, a turbófeltöltés miatt növelték a teljesítményt. Az összes motor károsanyag-kibocsátási szabványa az Euro 5. A sebességváltó kétféle – hatfokozatú kézi vagy nyolcfokozatú ZF 8LE automata sebességváltó.
2014-ben az F25-öt átalakították. A változtatások között szerepel az új, módosított ikerkörös fényszórók, az áttervezett hűtőrács, az új első és hátsó lökhárítók, az integrált irányjelzőkkel ellátott külső tükrök, az opcionális automata klímaberendezéssel felszerelt középkonzol, az új külső színek és egyéb apróságok. Az autót a 84. Genfi Nemzetközi Autószalonon mutatták be 2014-ben, majd később a 114. New York-i Nemzetközi Autószalonon, 2014-ben.
Harmadik generáció (G01; 2018-jelenleg idő)
A következő generáció új dizájnját az ausztrál tervező, Calvin Look készítette. 2017 júniusában bemutatták az új verziót, a G01 kódnevet. A motor elöl kapott helyet, összkerékhajtással, de létezik tisztán hátsókerék-hajtású modell is. Az autó hibrid hajtáslánccal is elérhető lesz.
A harmadik generációs X3 is új technológiákat kap BMW 5 Series (G30), mint például a gesztusvezérlés, a külső és belső LED-világítás, valamint a legújabb iDrive rendszer széles érintőképernyővel a navigációs rendszerekhez.
Három benzinmotor - 2.0, 3.0 (l4) és 4.0 (l6) literes 181, 249 és 355 LE kapacitással Kettős dízel - 2.0 térfogat (l4) és 3.0 (l6) liter 187 és 261 LE teljesítménnyel Váltó 8 sebességes automata ZF 8LE.