Mercedes-Benz W126 выпускался дольше других поколений S-класса (12 лет) и имел наибольший объём продаж: 892123 ед., в том числе 818063 седанов и 74060 купе. Разработка этой модели началась в разгар топливного кризиса 1973 г., поэтому перед конструкторами во главе с Бруно Сакко стояла задача сократить расход бензина, улучшить управляемость и безопасность. В сравнении с предшественником, Mercedes-Benz W126 получил более аэродинамический кузов (испытанный в аэродинамической трубе) с интегрированными полиуретановыми бамперами и более вместительным салоном. Инновациями в сфере безопасности стали опциональные подушки безопасности для водителя и переднего пассажира, ремни безопасности с преднатяжителями, антипробуксовочная система (TCS) и антиблокировочная тормозная система (ABS). В этом поколении S-класс был доступен с двумя типами кузова: 4-дверный седан (S/SE/SEL) и купе (SEC).

Mercedes-Benz W126 был представлен на Франкфуртском автосалоне 1979 г. Модель со стандартной (2935 мм) колёсной базой предлагалась в версиях 280S, 280SE, 380SE, 500SE и 300SD, с удлинённой (3075 мм) - 280SEL, 380SEL и 500SEL. Линейка двигателей состояла из бензиновых 2.8-литрового рядного 6-цилиндрового (156 л.с. с карбюратором или 185 л.с. с впрыском топлива) и V8 объёмом 3.8 (218 л.с.) и 5.0 л. (240 л.с.), а также турбодизельного 3-литрового 5-цилиндрового (125 л.с.) для американского рынка. После модернизации 1985 г. были введены новые силовые агрегаты: 6-цилиндровые объёмом 2.6 и 3.0, V8 объёмом 4.2 и 5.5 и 6-цилиндровый турбодизель объёмом 3.0. Соответственно модификации назывались 260SE, 300SE/SEL, 420SE/SEL, 560SE/SEL и 300SDL. Автоматическая коробка передач была стандартной во всех 8-цилиндровых версиях. Купе S-класса появилось в 1981 г. и было доступно в вариантах 380SEC, 500SEC, 420SEC и 560SEC.

По технологиям и комфорту Mercedes-Benz W126 был мировым лидером в своём классе. Он оснащался самовыравнивающейся гидропневматической подвеской, автоматической трансмиссией с топографическим датчиком, регулировавшей движение автомобиля по наклонной поверхности, круиз-контролем, полностью автоматической системой климат-контроля с внешним и внутренним датчиками температуры, электрически регулируемыми передними и задними сиденьями с подогревом, рулевой колонкой и сиденьем водителя с памятью, столиками и лампами для чтения для задних пассажиров, освещением дороги в нижней части дверей и другими опциями. Поскольку в 1981 г. прекратилось производство люксовой модели Mercedes-Benz 600, на базе W126 тюнинговые фирмы стали собирать удлинённые лимузины. Кроме того, заводское тюнинг-ателье AMG серийно выпускало модифицированные купе и седаны с 5-литровым двигателем V8 мощностью 340 л.с. В 1989 г. в гонке 24 часа Спа принимали участие два автомобиля AMG 500SEC. 

Компания AMG, в 80-е гг. ещё не входившая в состав Daimler-Benz, разработала на базе S-класса W126 шесть модификаций разного уровня настройки силовых агрегатов. Самым дешёвым был Mercedes-Benz 380SEL AMG с 3.8-литровым рядным 6-цилиндровым двигателем мощностью 230 л.с. и стандартной 5-ступенчатой механической коробкой передач Getrag. Далее в порядке возрастания цены следовали седаны с мотором V8 М117: 500SEL 5.0 AMG (276 л.с., 408 Нм), 500SEL 5.2 AMG (300 л.с., 455 Нм), 500SEL 5.6 AMG (320 л.с., 498 Нм) и 500SEL 6.0 AMG (331 л.с., 525 Нм). В кузове купе предлагалась модификация 500SEC 5.4 AMG (310 л.с., 475 Нм), доступная в пакете Widebody с расширенными колёсными арками. Тюнинг двигателя заключался не только в увеличении рабочего объёма, но и в установке высокопроизводительной впускной системы с полированными головками цилиндров, облегчённого клапанного механизма и нового распредвала. Как правило, в комплект входили 4-ступенчатая автоматическая трансмиссия, заниженная подвеска с более жёсткими пружинами, эксклюзивные диски AMG с шинами 225/55 R16, аэродинамический обвес, внутренняя отделка по индивидуальному заказу клиента, рулевое колесо меньшего диаметра, сиденья Recaro, стереосистема Hi-Fi и всевозможные дополнительные аксессуары.

В 1989 г. два купе 500SEC AMG приняли участие в гонке 24 часа Спа, но оба не доехали до финиша: у одного сломалась коробка передач, у второго – задняя ось.

Вилли Кёниг стоял у истоков моды на пластиковые обвесы Widebody, которые позже взяла на вооружение AMG и другие фирмы. Ателье Koenig Specials продавало тюнинг-комплекты для Porsche 911 Turbo, Porsche 928, Jaguar XJS, BMW M635 CSi, Mercedes-Benz SL и, конечно же, для Mercedes-Benz 560SEC. Модификация от Koenig Specials имела крылья больше, чем у самолёта, и задние шины толще, чем у трактора. Расширители колёсных арок предлагались в двух версиях: с боковыми «гребнями» в стиле Ferrari Testarossa или с обычными воздухозаборниками в задних крыльях. И в том, и в другом случае в комплект входили усиленная подвеска и тормоза и полированные легкосплавные диски BBS, а за доплату можно было заказать заднее антикрыло. 5.5-литровый алюминиевый двигатель V8 с нагнетателем Albrex и новым выпускным коллектором развивал 400 л.с. Этого было достаточно, чтобы разгоняться до 100 км/ч за 6.6 с и достигать максимальной скорости 265 км/ч. Также компания Koenig Specials переделывала купе в кабриолеты и модифицировала седаны Mercedes-Benz 560SEL, но в гораздо меньших количествах.

В 1987 г. AMG представила самую мощную и быструю модификацию S-класса – Mercedes-Benz 560SEC 6.0 AMG. Она получила 6-литровую версию мотора V8 M117 с двумя верхними распредвалами и четырьмя клапанами на цилиндр, развивавшую 385 л.с. мощности и 555 Нм крутящего момента. Аналогичный двигатель устанавливался на седан Mercedes-Benz 300E 6.0 AMG “Hammer”, преодолевший барьер 300 км/ч. В сравнении с ним купе 560SEC 6.0 AMG было чуть медленнее: разгон до 100 км/ч занимал у него 5.7 с, а максимальная скорость составляла 294 км/ч. В максимальной комплектации автомобиль оснащался 4-ступенчатой автоматической коробкой передач (в очень редких случаях – 5-ступенчатой механической Getrag), самоблокирующимся дифференциалом Gleason Torsen, спортивной выхлопной системой, амортизаторами Bilstein, увеличенными тормозными дисками с 4-поршневыми передними суппортами AMG, 17-дюймовыми колёсами AMG, обвесом Widebody и спортивными сиденьями Recaro. С 1987 по 1990 гг. компания построила около 50-ти таких купе, и сейчас уцелевшие экземпляры стоят свыше $300000. Также с 6-литровым двигателем было выпущено около 200 седанов Mercedes-Benz 560SEL AMG, но они не имели расширенных колёсных арок и не обозначались отдельным индексом 6.0.