Ce V6 développe une puissance de 200 kW/272 ch et délivre un couple maximal de 350 Nm à partir de 2.400 tr/min. Par rapport à sa devancière, la E 320 six cylindres, la nouvelle E 350 offre donc des performances supérieures de respectivement 11 et 21% en termes de couple et de puissance. Au niveau de la consommation, ce moteur réclame jusqu’à 0,7 l/100 km de moins. Présenté récemment par Mercedes sur les Classes CLS et SLK également, le moteur V6 en aluminium se caractérise par des technologies exclusives. Ce moteur est le premier V6 à bénéficier d’un contrôle variable des arbres à cames côtés admission et échappement. Cette technologie permet d’accroître à la fois la puissance et le couple tout en contribuant à réduire la consommation.
La nouvelle E 350 peut ainsi passer de 0 à 100 km/h en 6,9 secondes, soit 0,8' plus rapidement que la E 320. Pour la version Break, le chrono réalisé sur la même distance a été réduit de 1,4' et est désormais de seulement 7,1'. La vitesse de pointe des deux versions a pour sa part été portée à 250 km/h.
En série, la E 350 est dotée de la transmission 7G-TRONIC. Développée par Mercedes, cette transmission est la toute première boîte automatique à sept rapports conçue pour une voiture particulière. Mercedes propose également le nouveau moteur 3.5 V6 en combinaison avec l’éprouvée transmission automatique à cinq rapports sur les versions 4MATIC de la Classe E.