S-Class的引擎陣容從動力充沛的S 350開始。這具6缸V形引擎中，每一汽缸有4個汽門，並配備有連續可變凸輪軸調整機構，是同級車中最有力的引擎之一。其200 kW (272 hp)馬力更可以展現驚人的加速力。

不過，這麼強勁的力量並不是以高油耗的代價換來的。由於最佳化的燃燒過程以及一致的輕量化設計，它的油耗每百公里平均僅10.1–10.3公升(綜合油耗)。

(S 350: 耗油量: 10.0–10.6 l/100 km, 二氧化碳排放量: 234–247 g/km)[2]

S-Class還有2款強力的V8 引擎。S 450可以發揮250 kW (340 hp)的馬力和460 Nm的最大扭力。S 500則可以產生285 kW (388 hp)的馬力和530 Nm的扭力峰值。為了達到這樣的實力，我們的工程師使用各種感知器來分析各汽缸進氣和排氣管中的氣流，並進行排氣管形狀的改良。這樣的努力促成最佳化的空氣供應，大幅提升了車輛的性能，同時也降低了廢氣排放。

V8 引擎每一汽缸有4個汽門，確保絕佳的動力發揮。最佳化的效率和更低的油耗歸功於可變凸輪軸調整以及輕量化的材料(如鎂)。

這兩具V8 引擎也搭載於全四輪驅動的S 450 4MATIC和S 500 4MATIC車型上。

S 63 AMG搭載的則是最強的V8引擎。它可以輸出386 kW (525 hp)的馬力，扭力峰值更達630 Nm，讓這款跑車化車型0到100 km/h加速只需4.6秒。

(S 450: 耗油量: 10.6–11.1 l/100 km, 二氧化碳排放量: 249–258 g/km; S 500: 耗油量: 11.0–11.4 l/100 km, 二氧化碳排放量: 258–266 g/km; S 63 AMG: 耗油量: 14.4 l/100 km, 二氧化碳排放量: 344 g/km)[2]

Mercedes-Benz對引擎的設計擁有極大的熱情。直到今天，我們的研發部門一直都信奉著Gottlieb Daimler的座右銘：只有最好才算好。因此，我們引擎陣容中的大腕─V12雙渦輪引擎─更加的洗煉。包括S 600和S 65 AMG這兩個Mercedes-Benz AMG頂級車型都搭載精密的V12技術。

高達830 Nm的扭力值，讓V12引擎儲備有充沛的動力可以應付任何狀況。S 600的加速性能直逼跑車，0到100 km/h加速創下僅4.6秒的紀錄。60度夾角的汽缸排列也確保了極為平穩的動力輸出。

這個引擎的380 kW (517 hp)馬力歸功於雙排氣渦輪增壓器與進氣冷卻的結合。此一尖端引擎科技的結合確保12個汽缸皆具有最佳化的反應，極低的引擎轉速即可發揮最大的扭力，並且有更低的油耗表現。

AMG 6.0 V12雙渦輪引擎可以產生450 kW (612 hp)的馬力並發揮1000 Nm的最大扭力(以電子的方式限制)，讓AMG從0到100 km/h的加速只需4.4秒。

(S 600: 耗油量: 14.3 l/100 km, 二氧化碳排放量: 340 g/km; S 65 AMG: 耗油量: 14.5 l/100 km, 二氧化碳排放量: 346 g/km)[2]