Im Januar 1988 stellte BMW die 5er-Baureihe E34 als Nachfolger des E28 vor.
Optisch lehnte sich der E34, der unter Designchef Claus Luthe entstand, an die 7er-Limousinen der Baureihe E32 und auch schon der E38 an. Als Motoren waren zunächst nur Reihensechszylinder lieferbar, die bereits von anderen BMW-Baureihen (E28, E32) bekannt waren. Nach und nach wurde die Motorenpalette modernisiert. So debütierte im Mai 1990 eine neue Generation von Vierventil-Reihensechszylindern (M50B20, 2,0-Liter, 129 kW/150 PS und M50B25, 2,5 Liter, 142 kW/192 PS), die die alten Zweiventiler ablöste. Ab Sommer 1992 waren erstmals auch V8-Motoren (530i und 540i) für den 5er erhältlich, die Sechszylinder erhielten die Variable Nockenwellensteuerung VANOS.
Ab September 1991 gab es als zweite Karosserievariante den touring, einen Kombi.
Das Spitzenmodell der Baureihe E34, der M5, kam im Sommer 1988 auf den Markt und leistete anfangs 232 kW/315 PS (3,5-Liter-Reihensechszylinder-Motor). 1992 erhielt der M5 einen stärkeren 3,8-Liter-Reihensechszylinder-Motor mit 250 kW/340 PS.
Der E34 war ein großer Markterfolg, insgesamt wurden rund 1,3 Millionen Exemplare gebaut.
Im Dezember 1995 erschien der Nachfolger BMW E39. Der Touring wurde noch bis Januar 1997 weiterproduziert. Der M5 vom E34 wurde sogar bis zum erscheinen des Nachfolgers 1998 verkauft.