Prvá generácia (E83; 2003–2010)
Premiéra auta sa konala v septembri 2003 na autosalóne vo Frankfurte. Ako predchodcu X3 predstavilo BMW v roku 2003 na autosalóne v Detroite koncepčné vozidlo xActivity s platformou Séria 3. Všetky modely X3 sú vybavené systémom pohonu všetkých kolies s krútiacim momentom distribuovaným štandardne v pomere 40:60 medzi prednú a zadnú nápravu a možnosťou nasmerovať všetok krútiaci moment na ktorúkoľvek nápravu.
BMW aktualizovalo model v roku 2005 a prepracovalo model v roku 2007 zmenami karosérie, motorov, zavesenia kolies a obloženia interiéru. Za sedemročné obdobie sa predalo asi 600 tisíc áut.
K dispozícii bolo päť modifikácií benzínových motorov s objemom 2,0, 2,5 a 3,0 litra s výkonom 148, 181, 215, 228 a 268 k. Naftových šesť modifikácií s objemom 1,8, 2,0 a 3,0 litra s výkonom 148 až 282 k. K dispozícii sú dve možnosti prevodovky - 6-stupňová automatická alebo manuálna.
Druhá generácia (F25; 2010–2017)
Auto bolo predstavené na autosalóne v Paríži v roku 2010. Pre druhú generáciu sa výroba presunula z Rakúska do amerického závodu BMW v Greer v Južnej Karolíne, kde bolo prvé vozidlo uvedené na trh 1. septembra 2010. Všetky modely využívajú pohon všetkých kolies, nazývaný xDrive. V roku 2012 pribudol v niektorých krajinách model s pohonom zadných kolies s názvom sDrive. Svetlá výška sa zvýšila o 12 mm a rázvor náprav o 15 mm. Za celé obdobie bolo vyrobených viac ako 900 tisíc áut.
Boli použité štyri benzínové motory - dva 4-valcové 2,0-litrové motory s výkonom 135 a 180 koní a dva 6-valcové radové motory s objemom 3,0 litra s výkonom 179 a 225 koní. K dispozícii sú aj štyri naftové motory - dva 4-valcové 2,0-litrové motory s výkonom 105 a 135 koní a dva 6-valcové radové motory s objemom 3,0 litra s výkonom 190 a 230 koní. V roku 2014 bola aktualizovaná ponuka motorov, objemy zostali rovnaké, zvýšili výkon vďaka preplňovaniu turbodúchadlom. Emisná norma pre všetky motory je Euro 5. Prevodovky sú dve – šesťstupňová manuálna alebo osemstupňová automatická prevodovka ZF 8HP.
V roku 2014 bola F25 prepracovaná. Zmeny zahŕňajú nové upravené dvojkruhové svetlomety, prepracovanú mriežku chladiča, nové predné a zadné nárazníky, vonkajšie spätné zrkadlá s integrovanými ukazovateľmi smeru, stredovú konzolu s voliteľnou automatickou klimatizáciou, nové farby exteriéru a ďalšie drobnosti. Auto bolo predstavené na 84. medzinárodnom autosalóne v Ženeve v roku 2014 a neskôr na 114. medzinárodnom autosalóne v New Yorku v roku 2014.
Tretej generácie (G01; 2018 – súčasnosť čas)
Ďalšia generácia bude obsahovať nový dizajn, ktorý vytvoril austrálsky dizajnér Calvin Look. Nová verzia s kódovým označením G01 bola predstavená v júni 2017. Motor je umiestnený vpredu s pohonom všetkých kolies, no existuje aj čisto zadný model. Auto bude dostupné aj s hybridným pohonom.
Nové technológie dostane aj tretia generácia X3 BMW 5 Series (G30), ako je ovládanie gestami, vonkajšie a vnútorné LED osvetlenie a najnovší systém iDrive so širokou dotykovou obrazovkou pre navigačné systémy.
Tri benzínové motory - 2,0, 3,0 (l4) a 4.0 (l6) litrov s objemom 181, 249 a 355 k Diesel dva - objem 2.0 (l4) a 3.0 (l6) litrov s objemom 187 a 261 k Prevodovka 8-stupňová automatická ZF 8HP.