BMW zaprezentowało piątą generację serii 3 na targach motoryzacyjnych w Genewie w marcu 2005 roku, a jej odważny wygląd, oparty na wizji Chrisa Bangle’a, zaskoczył publiczność.
Stworzenie nowego języka designu dla marki o tradycyjnym stylu było dużym wyzwaniem, a BMW na ten krok zdecydowało się powierzyć amerykańskiemu projektantowi, Chrisowi Bangle’owi. Rozpoczął on pracę dla niemieckiego producenta w 1999 roku, więc w 2002 roku, kiedy zaczęły powstawać pierwsze linie piątej generacji serii 3, jego koncept „Flame Surfacing” został już wdrożony. Niestety, klienci nie byli zachwyceni wyglądem modelu 7 z 2001 roku (E65/E66), modelu 5 z 2003 roku (E60/E61) czy modelu Z4 z 2002 roku (E85/E86). W efekcie te pojazdy zdążyły już podzielić rynek. W przypadku serii 3 z 2005 roku sytuacja była jeszcze bardziej skomplikowana, ponieważ był to najlepiej sprzedający się model firmy. Chris Bangle powierzył projekt sedana japońskiemu stylisty Joji Nagashimie, który był już znany z pracy nad BMW po zaprojektowaniu modelu E39 serii 5. Nowa seria 3, E90, stanowiła jednak zupełnie nowe wyzwanie.
Z przodu samochód miał bardziej kanciasty wygląd niż jego poprzednik, E46, który charakteryzował się organicznymi, płynącymi kształtami. Nowe reflektory łączyły w sobie zakrzywione linie i ostre kąty, szczególnie w tylnej części. Flankowały je wąskie nerki zintegrowane z przednim zderzakiem. Wizualnie, przedni zderzak był wydłużony o dodatkowy trapezoidalny wlot powietrza, flankowany przez poziome wloty z okrągłymi lampami przeciwmgielnymi.
Seria 3 E90 była pierwszą, która przekroczyła 4,5 metra długości, co stanowiło standard dla europejskich pojazdów kompaktowych. Dłuższy rozstaw osi w porównaniu do poprzednika i zwiększone zwisy przyniosły dobrze zrównoważony design. Jak można się było spodziewać, maska pozostała wystarczająco długa, aby pomieścić silniki rzędowe o sześciu cylindrach. Jednocześnie nachylona przednia szyba przechodziła w łukowatą linię dachu, ozdobioną z tyłu anteną w kształcie płetwy rekina dla systemu multimedialnego. Z tyłu krótki dek był wysoki i kończył się małym spojlerem zintegrowanym z klapą bagażnika.
Wnętrze samochodu było wykończone materiałami o wyższej jakości niż w E46, z fotelami sportowymi lub wzmocnionymi, w zależności od wersji i opcji. Istniały dwie wersje deski rozdzielczej – jedna bez jednostki iDrive, a druga zintegrowana. Ta pierwsza miała smukłą linię, podczas gdy druga charakteryzowała się podwójnym „garbem”, gdzie górna część na centralnym panelu mieściła kolorowy wyświetlacz systemu multimedialnego. Przed kierowcą znajdował się zaokrąglony zestaw wskaźników z klasycznym układem dla producenta, z dużymi wskaźnikami prędkościomierza i obrotomierza flankowanymi mniejszymi wskaźnikami poziomu paliwa i temperatury płynu chłodzącego. Dodatkowo pod nimi znajdował się wyświetlacz LCD, pokazujący dane z pokładowego komputera oraz licznik kilometrów. Pomiędzy przednimi pasażerami znajdowała się konsola środkowa, która mieściła dźwignię zmiany biegów lub selektor biegów w wersjach automatycznych, podłokietnik z miejscem do przechowywania oraz małe otwarte miejsce na drobiazgi. Nie było tam uchwytów na kubki, co niektórych klientów irytowało. Z tyłu wygodna kanapa mogła pomieścić trzech pasażerów, chociaż wysoki tunel skrzyni biegów znacznie ograniczał miejsce na nogi.