До 1968 г. 2-литровый двигатель использовался только на седане BMW 2000 и купе BMW 2000 CS. Установить его на компактную модель 1600-2 независимо друг от друга догадались директор по планированию продукции Хельмут Бонш и инженер Алекс фон Фалькенхаузен. Получив запрос от американского дистрибьютора Макса Хоффмана о создании спортивной версии BMW 1600-2 для рынка США, они согласовали свои идеи и представили их руководству компании. В 1968 г. в продажу поступили две модификации с кузовом купе: BMW 2002 и BMW 2002 ti. На первой рядный 4-цилиндровый мотор М10 объёмом 1990 см3 развивал 101 л.с. (с одним карбюратором), на второй - 120 л.с. (с двумя карбюраторами). Обе оснащались 4-ступенчатой механической коробкой передач, но с 1969 г. BMW 2002 можно было заказать и с 3-ступенчатой автоматической ZF. В 1971 г. появились версии кабриолет (от Baur) и 3-дверный хэтчбэк под названием BMW 2000 Touring. Они предназначались только для европейского рынка и большим спросом не пользовались. В том же году на смену BMW 2002 ti пришла BMW 2002 tii с механическим впрыском топлива Kugelfischer, мощностью 130 л.с. В ходе модернизации 1973 г. все модели серии 02 получили чёрную пластиковую решётку радиатора, прямоугольные задние фонари, деревянную панель приборов и сиденья с подголовниками. Общие продажи BMW 2002 за 1968-1975 гг. составили 339092 единицы.

BMW 2002 Turbo - автомобиль, с которого началась эпоха турбированных двигателей. До него технологии принудительной индукции применялись нечасто. В основном это были довоенные компрессорные машины, которые оснащались механическими нагнетателями с приводом от коленчатого вала. Первые турбины, работающие за счёт энергии выхлопных газов, получили применение на дизельных грузовиках. В середине 60-х гг. корпорация General Motors пробовала устанавливать турбонаддув на серийные модели Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile F-85 Jetfire, но без особого успеха. Вскоре её примеру решила последовать компания BMW. В 1969 г. инженер Алекс фон Фалькенхаузен по собственной инициативе присоединил турбокомпрессор фирмы KKK (Kuhnle, Kopp & Kausch) к 2-литровому 4-цилиндровому мотору М10. В сочетании с механическим впрыском топлива Kugelfischer ему удалось достичь невиданной для такого объёма мощности - 170 л.с. В 1971 г. он уговорил совет директоров испытать агрегат на специальной версии BMW 2002. За два года было построено 12 прототипов, включая BMW Turbo Concept Поля Брака, и только после этого BMW 2002 Turbo дебютировала на Франкфуртском автосалоне 1973 г.

Турбированные моторы 70-х гг. ещё не комплектовались интеркулерами, поэтому главная их проблема заключалась в перегреве. Отчасти её удалось решить, расположив турбину в правой нижней части блока цилиндров и проделав в переднем бампере круглое отверстие для её охлаждения. Другой недостаток технологии назывался "турбоямой", и против него ещё не было эффективных средств. Двигатель BMW 2002 Turbo имел пониженную степень сжатия, поэтому на низких оборотах его производительность была меньше, чем у атмосферной версии. Поведение автомобиля резко менялось при достижении 4000 об/мин, когда подключался турбонаддув. Из-за этого управлять BMW 2002 Turbo было достаточно сложно, особенно в поворотах. Инженерам потребовалось усилить несущий кузов и добавить в конструкцию такие элементы, как более толстый передний стабилизатор поперечной устойчивости, увеличенные задние рычаги, амортизаторы Bilstein и самоблокирующийся дифференциал. В стандартное оборудование также вошли легкосплавные диски, спортивный трёхспицевый руль и чёрные кожаные сиденья. На выбор предлагались две механических коробки передач: 4-ступенчатая или 5-ступенчатая.

Представленная непосредственно перед началом нефтяного кризиса, BMW 2002 Turbo вызвала бурную реакцию общественности и стала поводом для скандала в прессе. Одна её внешность была настолько вызывающей, что на заседании Бундестага прозвучало предложение наложить на её производство законодательный запрет. Кроме расширенных колёсных арок и заднего спойлера, машина имела агрессивный передний обтекатель с зеркальными надписями "2002" и "Turbo", которые давали понять движущемуся впереди водителю, какая модель BMW его обгоняет. Позже от этих надписей пришлось отказаться, но трёхцветные полосы подразделения Motorsport остались. С 1973 по 1975 гг. было продано всего 1660 экземпляров BMW 2002 Turbo, не считая прототипы. Этого было достаточно, чтобы омологировать автомобиль в туринговых гонках, однако фирма не решилась на такой шаг, отдав предпочтение атмосферной BMW 3.0 CSL.