BMW X5 третьего поколения (F15) была представлена на Франкфуртском автосалоне 2013 г. и выпускалась с 2013 по 2018 гг. на заводах BMW America в Грире (Южная Каролина) и Avtotor в Калининграде (Россия), а также в Египте, Индонезии и Малайзии. Шасси с колёсной базой 2933 мм она унаследовала у предыдущей модели (Е70), но стала на 26 мм длиннее, на 5 мм шире, на 14 мм ниже и на 90 кг легче, благодаря использованию в конструкции алюминия, магния и термопластика. Форма кузова осталась без особых изменений, но в рестайлинге, проведённом дизайнером Марком Джонсоном, прослеживались параллели с 3-й серией (F30), в частности, в решётке радиатора и соединённых с ней узких фарах. В салоне автомобиль получил 10,25-дюймовый дисплей, аудиосистемы преимум-класса Bang and Olufsen или Harman Kardon (600 Вт) с 16-ю динамиками и большой ассортимент вариантов отделки и аксессуаров персонализации в рамках программы BMW Individual. Также в комплектацию вошёл электронный помощник Driving Assistant Plus с функциями Parking Assistant и Traffic Jam Assistant.

Список модификаций BMW X5 включал бензиновые xDrive35i (S6, 3.0 л, 306 л.с.) и xDrive50i (V8, 4.4 л, 449 л.с.), дизельные xDrive25d (S4, 2.0 л, 215 л.с.), xDrive30d (S6, 3.0 л, 258 л.с.), xDrive40d (S6, 3.0 л, 313 л.с.) и xDrive M50d (S6, 3.0 л, 381 л.с.) и гибридную xDrive40e, оснащённую 2-литровым 4-цилиндровым бензиновым ДВС мощностью 241 л.с. и подключаемым электромотором мощностью 111 л.с. Все они имели 8-ступенчатую автоматическую коробку передач ZF и полный привод, хотя существовали и заднеприводные версии sDrive35i и sDrive25d. Высокопроизводительная модификация BMW X5 M, обозначенная отдельным индексом F85, приводилась в движение 4.4-литровым мотором V8 с технологиями M TwinPower Turbo и Valvetronic, мощностью 575 л.с. Она также комплектовалась системой векторизации крутящего момента Dynamic Performance Control, адаптивной пневмоподвеской M и активной стабилизацией крена Dynamic Drive. Внешне BMW X5 M отличалась чёрной решёткой радиатора, сотовыми воздухозаборниками, сплиттером, диффузором и зеркалами из углеродного волокна и 21-дюймовыми легкосплавными дисками M Double-spoke.