Перше покоління (E83; 2003–2010)
Прем'єра автомобіля відбулася у вересні 2003 року на Франкфуртському автосалоні. Як попередник X3 у 2003 році BMW представила концептуальний автомобіль xActivity на автосалоні в Детройті з платформою 3-ї серії. Всі моделі X3 оснащені системою повного приводу з моментом, що крутить, розподіленим за умовчанням 40:60 між передньою і задньою мостами і можливістю напряму всього крутного моменту на будь-яку вісь.
BMW оновила модель у 2005 році та модернізувала модель у 2007 році, змінивши кузов, двигуни, підвіску та внутрішнє оздоблення. За семирічний період було продано близько 600 тисяч. автомобілів.
Бензинових двигунів було п'ять модифікацій об'ємом 2,0, 2,5 та 3,0 літра потужністю 148, 181, 215, 228 та 268 к.с. Дизельних шість модифікацій об'ємом 1,8, 2,0 та 3,0 літра потужністю від 148 до 282 к.с. Трансмісій два варіанти - 6-швидкісний автомат або механічна коробка.
Друге покоління (F25; 2010–2017)
Автомобіль був представлений на Паризькому автосалоні у 2010 році. Для другого покоління виробництво перемістилося з Австрії на американський завод BMW у Грирі, Південна Кароліна, де 1 вересня 2010 випустили перший автомобіль. Всі моделі використовують повний привід, що називається xDrive. У 2012 році в деяких країнах було додано модель із заднім приводом, яка називається sDrive. На 12 мм збільшили кліренс та на 15 мм колісну базу. За весь період було збудовано понад 900 тис. автомобілів.
Використовували чотири бензинові двигуни - два 4-х циліндрових об'ємом 2,0 літра потужністю 135 і 180 к.с., і два 6-ти циліндрові рядники об'ємом 3,0 літра потужністю 179 і 225 к.с. Дизельних моторів також чотири - два 4-х циліндрових об'ємом 2,0 літра потужністю 105 і 135 к.с., і два 6-циліндрові рядники об'ємом 3,0 літра потужністю 190 і 230 к.с. У 2014 році лінійку двигунів оновили, обсяги залишилися ті ж, збільшили потужність за рахунок турбонаддуву. Стандартом викидів для всіх двигунів є Євро 5. Трансмісії дві – шестиступінчаста механічна або восьмиступінчаста автоматична коробка ZF 8HP.
У 2014 році F25 провели рестайлінг. Зміни включають нові модифіковані подвійні кругові фари, перероблену решітку радіатора, нові передні та задні бампери, зовнішні дзеркала з вбудованими покажчиками повороту, центральна консоль з опціональною автоматичною системою клімат-контролю, нові зовнішні кольори та інші дрібниці. Автомобіль був представлений на 84-му Женевському міжнародному автосалоні у 2014 році, а потім на 114-му Міжнародному автосалоні у Нью-Йорку у 2014 році.
Третє покоління (G01; 2018-наст. час)
Наступне покоління матиме новий дизайн, створений австралійським дизайнером Кальвіном Луком. Нова версія під кодовою назвою G01 була представлена у червні 2017 року. Двигун розташований спереду з повним приводом, але також є суто задньопривідна модель. Автомобіль також буде доступний із гібридною силовою установкою.
Третє покоління X3 також отримає нові технології BMW 5 Series (G30), такі як контроль жестів, зовнішнє та внутрішнє світлодіодне освітлення, а також новітню систему iDrive з широким сенсорним екраном для навігаційних систем.
Бензинових двигунів три об'ємом – 2,0, 3,0 (l4) та 4,0 (l6) літра потужністю 181, 249 та 355 к.с. Дизельних два – об'ємом 2,0 (l4) та 3,0 (l6) літра потужністю 187 та 261 к.с. Трансмісія 8-ступінчаста автоматична ZF 8HP.