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BMW commence la production des moteurs de motos à la suite de l'interdiction de produire des moteurs d'avion à la suite du traité de Versailles (1919).

BMW copie les moteurs Douglas, flat twin (Boxer) à soupapes latérales et dont les cylindres sont montés longitudinalement. Ces moteurs sont vendus à des assembleurs comme Victoria ou Helios. BMW rachète Helios, et redessine complètement la moto, avec un moteur 500 cm³ dont les cylindres sont cette fois orientés traditionnellement transversalement (face à la route), avec une transmission par arbre sans cardan , une suspension avant par ressorts à lame, et pas de frein avant : nous sommes en 1923, et c'est la R32.

En 1924, sortie de  la R37, à moteur culbuté. Cette moto est très moderne pour l'époque, où l'on rencontre majoritairement des moteurs à soupapes latérales et de composants mécaniques fonctionnant à l'air libre.

En 1925, sort la R39, une 250 monocylindre culbutée .

En 1928, sort la R63, une 750 cm³.

De 1950 à 1972, BMW continuera ses flat-twins à cardan, avec la Série 2, reconnaissable à sa fourche Earles. La couleur est le noir, parfois blanc, rarement rouge.

En 1954, BMW produit une moto de course, la RS « Rennsport », équipée d'une fourche Earles, qui sera fameuse sous le nom de R 54. D'une cylindrée de 500 cm³ développant 52 ch elle pouvait atteindre 205 km/h^. La RS sera fabriquée jusqu'en 1957. La firme restera victorieuse en compétition avec la RS et la RS Sidecar jusqu'aux années 1970.

La fourche télescopique ne reviendra qu'avec la série 5 (déclinée en 500, 600 et 750 cm³), de 1969 à 1973.

La Série 6 verra apparaître une 900 cm³, et une version plus puissante, la R90 S, avec une tête de fourche (1973 à 1976). La 500 disparaît.

La Série 7 comportera quatre modèles de 1 000 cm³ : la R100/7, non carénée, la R100 S avec la tête de fourche tourisme de la R90 S, la R100 RS, avec carénage intégral sport et la R 100 RT avec carénage intégral grand tourisme (1976 à 1995).

Par la suite, on verra de « petites » BMW, toujours en flat twin, en 450 et 650 cm³ (R45 et R65) et la R75 passer en 800 cm³ (R 80/7).

BMW ne proposera autre chose qu'un flat twin qu'avec la série K, en 1983 : la K75 (3 cylindres de 750 cm³) et la K100 (4 cylindres de 1 000 cm³). Ce moteur avait la particularité d'être un 4 cylindres en ligne longitudinal à arbre, couché horizontalement.

C1 : un des premiers scooters dont la conduite n'impose pas le port du casque car il est muni d'un toit, de protections latérales et d'une ceinture de sécurité.

BMW continuera à innover en matière de suspensions, avec les GS 1150 et 1200, munies d'une fourche télescopique, associée à un combiné amortisseur situé devant le moteur.

BMW sera aussi le premier à monter un ABS en série, sur sa K1.

En 2006, BMW inaugure un tout nouveau moteur bicylindre en ligne vertical avec la F800. Il reprend le câlage à 360° du flat twin, gage d'une grande disponibilité, et développe 85 ch à 8 000 tr/min. La F800 se décline en sport GT (S), GT (ST), à transmission par courroie, et GS. Légères, vives, maniables, elles veulent élargir la clientèle BMW.

Depuis 2007 de nouvelles innovations technologiques de premier plan sont apparues sur les nouveaux modèles de la marque : un système électronique d'anti-patinage (ASC) inauguré par la R1200R, tel qu'on le trouve sur les autos, et permettant d'affronter des conditions d'adhérence très mauvaises en toute sécurité, un système de suspensions réglables électriquement en roulant (ESA) et un système de contrôle de la pression de gonflage des pneus (RDC).