8-цилиндровый двигатель объёмом 5461 см3 развивает максимальную мощность 386 кВт (525 л.с.), а также крутящий момент 700 Н•м. В сочетании с пакетом AMG Performance мощность увеличивается до 410 кВт (557 л.с.), а крутящий момент — до 800 Н•м. Оба варианта CLS 63 AMG отличаются динамическими характеристиками экстра-класса: автомобили разгоняются с нуля до 100 км/ч за 4,4 и 4,3 секунды соответственно, а их максимальная скорость составляет 250 км/ч (ограничено электроникой).
