BMW начал строить мотоциклетные двигатели, а затем и полностью мотоциклы сразу после Первой мировой войны, а его мотоциклетные бренды сегодня известны под маркой BMW Motorrad. Первым успешным мотоциклом, после провала довольно неплохих для своего времени моделей «Helios» и «Flink», стал знаменитый R32, выпущенный в 1923 г.
Это был классический байк с коробочным двигателем с воздушным охлаждением цилиндров встречным воздушным потоком, проходящим через ребристые теплообменные кожухи с обеих сторон машины. Эту же схему использовали все мотоциклы компании вплоть до начала 1980-х годов. Даже сейчас многие БМВ по-прежнему производятся по этому макету, который получил обозначение «R-серия».
Во время Второй мировой войны компания выпускала знаменитый мотоцикл с коляской BMW R75. Благодаря уникальному дизайну, во многом скопированному с Zündapp KS750, колеса коляски были оснащены функцией отбора мощности с привода двигателя.
В 1982 г. вышла серия «К» с единым валом привода, системой водяного охлаждения и с трех- или четырех- цилиндровыми двигателями, установленными последовательно на одной линии. Вскоре после этого, BMW начал оснащать свои модели цепным приводом (F и G серии) с одиночной и параллельной V-образной компоновкой двигателей.
В начале 1990-х, BMW обновил двигатель с воздушным охлаждением модели Boxer на модель с масляной системой отвода тепла, а в 2004 г. представил новый спортивный мотоцикл K1200S, считающийся пионером новой концепции мотоциклостроения.
В 2007 г. БМВ купил шведский мотоцикл Husqvarna Motorcycles, который хоть и вошел в состав концерна, но продолжает работать как отдельное предприятие.
В 2020 году BMW представили долгожданную новинку — R18.