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L’obsolescenza della precedente E28 costrinse la BMW a progettare un modello completamente nuovo, in grado di competere con la Mercedes-Benz W124, dominatrice del segmento. Nacque così la Serie 5 E34, una vettura completamente nuova, che della vecchia conservava solo il nome e, inizialmente, i motori.

Pur confermando l’impostazione tipica della marca (trazione posteriore), la E34 adottava soluzioni molto moderne: retrotreno indipendente a bracci multipli, ABS di serie su tutte le versioni e, sulle più potenti, anche controllo della trazione (denominato ASC+T). Evoluti, anche se provenienti dalla serie precedente, i motori 6 cilindri in linea, che beneficiarono di nuovi impianti di iniezione elettronica e, in alcuni casi, di incrementi di cilindrata. Al momento del lancio erano disponibili le versioni 520i (1991cc, 129cv), 525i (2494cc, 170cv), 530i (2986cc, 188cv), 535i (3430cc, 211cv) e 524td (2443cc turbodiesel da 115cv).

La bella linea, le finiture curate e l’elevata sicurezza furono le armi vincenti della E34, che ottenne grande successo. Tuttavia le versioni più diffuse in Italia, le 520i e 524td, furono oggetto di critiche per le scarse prestazioni, causate anche dalla massa elevata del veicolo. Nel 1989 la gamma venne completata con la versione a 4 cilindri 518i (1798cc, 113cv). Per far fronte alle carenze prestazionali la Casa bavarese introdusse nel 1990 due nuovi motori 6 cilindri in linea con testata a 24 valvole di 2 e 2,5 litri, destinati alle 520i 24v e 525i 24v, sostitute delle precedenti versioni a 12 valvole. Anche la 530i venne tolta di listino. Gli incrementi di potenza erano sostanziosi: da 129 a 150cv per il 2 litri (1991cc) e da 170 a 192cv per il 2,5 litri (2494cc).  Nel 1991 la 524td venne affiancata dalla 525tds, dotata di un nuovo 6 cilindri turbodiesel di 2498cc da 143cv. Nel 1992, in occasione di un leggero restyling che interessò soprattutto il frontale (doppio rene più grande, cofano modificato) e gli interni, la gamma venne rivoluzionata con l’introduzione di 2 nuovi motori V8 con fasatura variabile Vanos, della versione station wagon Touring e della trazione integrale X. I motori V8 con testata a 32 valvole, di 2996cc (218cv) e 3982cc (286cv), andavano ad equipaggiare le 530i 32v e 540i 32v, mentre la trazione integrale era riservata alle 525iX 24v (berlina e Touring). Le 518i guadagnarono 2cv (per un totale di 115), mentre i motori di 520i 24v, 525i 24v e 525tds non subirono variazioni tecniche. La station wagon era disponibile nelle stesse varianti della berlina, esclusa la 530i 24v.

Nel 1993 la 524td, lasciò il posto alla 525td, mossa dal nuovo 6 cilindri della 525tds, ma depotenziato a 115cv. Nel 1995 le E34 uscirono di listino.