宝马首款运动SUV X5 推出之后，即获得市场上广大的正面响应，为了进一步扩张此级别的势力，宝马于 2003 年正式推出了底盘代号 E83 的第 1 代 X3，成为 X 家族中的第 2 款代表作品，期望透过更小的身形、同样属于运动SUV级别的产品来延续气势之外，同时也让 X 家族的触角向下延伸。
第 1 代 X3 的外型有别于 X5 给人沉稳壮硕的感受，反而是以敏捷动感的姿态来呈现，车头上拥有宝马经典的水箱护罩以及双圆头灯之外，起伏不断的引擎盖折线，和风格独特的前保杠造形，让 X3 拥有更加鲜名的自我风格。不过从车侧来看的话，则是可以很清楚的见到些许 X5 的影子，而为了与车头部份相为呼应，第 1 代 X3 尾门亦采用多道钣金折线，创造出层层堆栈的视觉感受，并让尾灯造型也配合的尾门钣金来塑型。
在内饰设计部份，X3 传递着简单、朴实的概念，因此在车舱中并不会见到过多的装饰与设计，一切皆强调实用机能为主，因此在这样的概念之下，中控台各项控制开关排列井然有序 ，同时空调出风口、手套箱或是仪表板也都遵循宝马传统的设计，创造出简洁、实用性高的驾驶与操控界面。
2006 年宝马发表新年式小改 X3 车系，无论在动力性能以及车辆安全方面的表现，都有明显精进，在内饰以及外观的部份也呈现出更具风格的面貌，车头部份，除了加大肾型水箱护罩的面积之外，前保杠总成也做了一番修饰，并将圆形雾灯融入车体，而在车尾部分，采用让全车看来更为低伸的后保杠造型，同时在尾灯组内导入了 LED 照明技术，让 2003 年诞生的 X3 小改之后能够维持新意。而在车室部份，小改之后的 X3 在维持基本配置之下，换装新式三幅方向盘，同时也在中控台材质部份强化质感表现。
而在动力系统部份，第 1 代 X3 同样提供多款汽柴油引擎，在汽油部份，拥有包含了 X3 xDrive20i、X3 xDrive25i、 X3 2.5i 与 X3 xDrive30i 等，其中汽油入门车型 X3 xDrive20i 搭载一具 2.0 升直列 4 缸引擎，可提供出 150 匹最大马力，而汽油动力旗舰 X3 xDrive30i 则是以一具直列 6 缸引擎做为动力核心，可输出 272 匹最大马力。在柴油动力方面，提供 X3 xDrive18d、X3 xDrive20d、X3 xDrive30d 与 X3 xDrive35d 等主力贩售车型，性能最佳的 X3 xDrive35d 搭载 3.0 升直列 6 缸双涡轮增压柴油引擎，可输出 286 匹最大马力，而最大扭矩达到了 580N.m，成为性能强悍的柴油车型。首代 X3 运行约莫 7 年之后，全球销售总量达到约莫 61.4 万辆，并获得国外专业机构和媒体的大奖肯定。
到了 2010 年 7 月宝马率先发布第 2 代大改款 X3 车系的详细信息，同年 9 月，在完成最后一辆第 1 代 X3 的生产下线之后，同步宣告 X3 车系正式改朝换代，位于美国南卡罗莱纳州的 Spartanburg 工厂将开始接替生产全新第 2 代 X3。
底盘代号 F25 的第 2 代 X3 在外观设计部份，可以说是完全洗去前代车款延续 X5 的概念，经历大改款工程之后，X3 从首代车型的粗犷风格，进入至优雅流畅的现代都会气息，车头造型部分，大致保留原先 X3 车头造型的元素，然而钣件折线却不若先前的方正保守，而是改以圆融、流畅的手法处理，头灯造型也更加平滑锐利，让 X3 在车头部份可以展现出截然不同的都会风格。
车侧与车尾线条，也不若原先那样方正、死硬，设计师纷纷将钣金折线、腰线、车顶向车尾收拢，搭配带点斜背味道的尾门设计，也让 X3 拥有更为动感的气息。虽然 X3 在外观设计开始朝向都会风格靠拢，但仔细观察的话，即可发现外扩轮拱、车身下方耐磨材质，仍然代有一丝越野气息。
至于 X3 的车室设计方面，虽然大致延续了前代车型的基本配置，不过摆脱前代车型年轻、阳春的既定印象，更倾向以不同饰板和皮革的组合，来提升车室内的豪华质感，以不同的细节处理使内饰氛围更为豪华，另外，举凡方向盘、仪表板、排档杆等设计皆采用当下最为新颖的样式，同时更重要的一点是，大改款之后 X3 将 iDrive 控制系统列入选用配备，向家族新世代车款看齐。 空间表现上，第 2 代 X3 4,648mm 的车长与 1,881mm 车高，较前代车长 4,569mm 与宽 1,853mm 的尺寸略为增长，搭配按 4/2/4 比例分离的可倾倒后排座椅，能够为 X3 创造 550 公升至 1,600 公升的置物空间。
第 2 代 X3 在外观造型设计以及内饰铺陈上，皆有的相当明显的大幅度精进，同时在传动系统也是如此，并将 TwinPower Turbo 科技以及 8 速 Steptronic 手自一体变速箱一并导入，而在汽油车型方面，发表之初至 2011 年 9 月份更新动力之前，旗舰车型 X3 xDrive35i 搭载的 3.0 升直列 6 缸涡轮增压引擎，拥有 TwinPower 涡轮增压科技、高精准缸内直喷以及 Valvetronic 等技术，可为其带来 306 匹最大马力，而 X3 xDrive28i 车型则搭载铝镁合金打造的 3.0 升直列六缸引擎，辅以 Valvetronic 汽门扬程可变系统，可提供 258 匹最大马力。
而在柴油车型方面，入门的 X3 xDrive20d 以 2.0 升直 4 柴油引擎担任动力核心，运用铝制曲轴箱、涡轮增压与共轨直喷技术后，提供最大马力 184 匹、380N.m最大扭矩，2011 年 3 月新增的 X3 xDrive30d 搭载 3.0 升 TwinPower Turbo 直列 6 缸柴油引擎，拥有可变几合涡轮增压科技以及燃油共轨直喷技术，可为其带来 258 匹最大马力以及 560N.m最大扭矩。
此外 2011 年 9 月份时更补齐柴油旗舰 X3 xDrive35d 与汽油入门 X3 xDrive20i，使得车系编成更加完备，首先 X3 xDrive35d 动力采用直列 6 缸 TwinPower Turbo 涡轮增压引擎，除了可变几合涡轮科技之外，还俱备双涡轮增压系统以及燃油共轨直喷系统，使其最大马力来到 313 匹、扭矩更是来到 630N.m之谱，成为 X3 车系当中动力最为强悍之车型。
至于定位于入门的 X3 xDrive20i，则是搭载 2011 年初发表、代号 N20 的 2.0 升 TwinPower Turbo 直列 4 缸涡轮增压引擎，此具引擎同时也应用在 X1、3-Series、5-Series 与 Z4 等车款之上，在 Twin-Scroll 双涡流增压、HPI 高精准燃油直喷与 VALVETRONIC 汽门扬程可变系统等科技簇拥之下，使其省油与性能兼俱的成果，并提供最大马力 184 匹与 270N.m最大扭矩。
紧接着于 2012 年 2 月份时，宝马为 X3 xDrive28i 车型进行动力更新，原本采用 3.0 升 TwinPower Turbo 直列 6 缸涡轮增压引擎的 X3 xDrive28i，在缩减排气量的节能趋势之下，宝马也为其换装了代号 N20 的 2.0 升 TwinPower Turbo 直列 4 缸涡轮增压引擎，不过动力输出则被调涨至 245 匹最大马力与 350N.m最大扭矩，马力较前款车型稍有缩减，不过扭矩却有所提升，重要的是还让二氧化碳排放量减少了 17%。
全新第 3 代宝马X3 在 6 月 26 日正式于美国发表，新车沿续上一代豪华与粗旷兼具的路线，内饰质感与科技性均有提升，并首度推出 M40i 性能化车型，搭载 360 匹马力的 3.0 升直六涡轮引擎，4.8 秒就能加速破百。
宝马替新款 X3 规划出 xLine、Luxury Line 及 M Sport 等 3 种外观风格，其中 xLine 拥有较浓的户外气息，尤其嵌在保杠左右两侧的宽版冰川银色锻造铝质饰件，赋予 X3 强烈的越野形象。首次在 X3 车系上提供的 Luxury Line，则透过大量的镀铬饰件及特殊式样轮圈，来呈现豪华典雅的气质。至于强调运动风的 M Sport，配上 M 款空力套件及蓝色卡钳，来营造出性能霸气。
令人雀跃的是，新一代 X3 跟随新世代 7 Series 及 5 Series 的脚步，上市后将开放具有小型液晶荧幕的智能型钥匙供选配，让驾驶透过钥匙上的荧幕，就能掌握油箱当前油量、保养时程及车窗/天窗是否有关闭等信息。
底盘部分延续前麦佛逊、后五连杆的结构，并且拜使用轻量化材质打造之赐，以及后驱取向的 xDrive 四驱系统设定，赋予新款 X3 更灵活的操控表现。而原厂另提供阻尼经加强的 M 款运动化悬吊，以及阻尼可调的电子悬吊可以选配。另一方面，新款 X3 拥有 204mm 的底盘离地高，再加上 25.7°的进入角、22.6°度的离去角、19.4 的最大爬坡度，以及 500mm 的最大涉水深度，让新款 X3 具有一定程度的越野能力。
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