В 2009 г. серию "Z" продолжила обновлённая BMW Z4 (Е89), представленная на Детройтском автосалоне. Это была первая BMW, разработанная дизайнерами-женщинами: Джулиани Блази (экстерьер) и Нади Арнаут (интерьер). В сравнении с предыдущим поколением она выглядела более динамично и агрессивно, при сохранении тех же пропорций кузова и длины колёсной базы (2495 мм). Необходимости в разделении модели на купе и родстер больше не было, потому что Z4 получила убирающуюся жёсткую крышу из двух алюминиевых секций. В комплектацию вошли почти все функции, доступные на 3-й и 5-й сериях: селектор iDrive с дисплеем 8.8", система Driving Experience Control с тремя режимами вождения (Comfort, Sport and Sport+), электрический усилитель руля, электрический стояночный тормоз, динамический контроль устойчивости (DSC), электронная регулировка амортизаторов (EDC), адаптивный круиз-контроль (ACC), адаптивные фары, система доступа без ключа и обогрев рулевого колеса, а также система старт-стоп и система рекуперации тормозной энергии для зарядки аккумулятора.

Производство BMW Z4 (Е89) было перенесено из США в немецкий Регенсбург. Первыми в продажу поступили 6-цилиндровые модификации: атмосферные 23i (204 л.с.) и 30i (258 л.с.) и турбированная 35i (306 л.с.), с 6-ступенчатой механической или 6-ступенчатой автоматической коробкой передач. В 2011 г. первые две из них уступили место битурбированным 4-цилиндровым 20i (185 л.с.) и 28i (245 л.с.), а 6-ступенчатую автоматическую трансмиссию сменила 8-ступенчатая. Модель предлагалась в двух уровнях отделки: "sDrive" и "M-Sport". Версия "М" в этом поколении отсутствовала, но с 2010 г. выпускалась топовая модификация 35is. Она оснащалась 3-литровым рядным 6-цилиндровым двигателем N54 мощностью 340 л.с., с двойным турбонаддувом и функцией overboost (повышающей крутящий момент с 450 до 500 Нм), 7-ступенчатой коробкой передач с двойным сцеплением (DKG), усиленной подвеской, увеличенными тормозами, спортивной выхлопной системой и 18-дюймовыми легкосплавными колёсами.

BMW Z4 GT3 - гоночная версия родстера BMW Z4, омологированная FIA в классе GT3. В отличие от серийной модели, она приводилась в движение атмосферным двигателем V8 объёмом 4361 см3 и мощностью от 450 до 515 л.с., в паре с 6-ступенчатой секвентальной коробкой передач. Автомобиль также имел ряд кузовных панелей из карбона, аэродинамические обвесы, расширенные колёсные арки, фиксированную крышу и огромное заднее антикрыло. Доступная в свободной продаже, BMW Z4 GT3 выступала в составе частных команд в Европейском чемпионате FIA GT3 и сериях International GT Open, Super GT, ADAC GT Masters и Blancpain Endurance. В 2010 г. она выиграла 24 часа Дубая, в 2011 г. пришла 2-й в 24-х часах Спа, а в 2013 г. заняла 2-е место в 24-х часах Нюрбургринга. В американской и европейской сериях Le Mans и в чемпионате United SportsCar GTLM соревновалась другая модификация - BMW Z4 GTE.

В 2012 г. фирма Zagato из Милана построила на платформе BMW Z4 собственные версии двухместного спорткара: BMW Zagato Coupe и BMW Zagato Roadster. Первая из них была представлена в мае на конкурсе элегантности Villa d'Este, вторая - в августе на конкурсе элегантности Pebble Beach. Обе машины имели матовую решётку радиатора объёмной структуры, состоявшую из маленьких букв "Z", матовые диски и выхлопные трубы и тонированные задние фонари. Работу Zagato можно было узнать по специфической форме крыши ("двойной пузырь") у купе или обтекателям за подголовниками у родстера, округлой корме и мускулистым задним крыльям. Концепт-кары были покрашены специальной краской, менявшей цвет в зависимости от угла освещения: купе - от чёрного до ярко-красного, родстер - от тёмно-серого до светло-серебристого. Проектирование и ручная сборка каждого автомобиля заняли всего шесть недель.