C'est le traité de Versailles qui a transformé BMW. Jusqu'à la fin de la Première Guerre mondiale, l'entreprise excellait dans la fabrication de moteurs d'avions. Son emblématique logo circulaire bleu et blanc, souvent associé à des hélices en mouvement, perpétue ce passé aéronautique. Bien que dérivé des couleurs du drapeau bavarois et antérieur de 12 ans à la production aéronautique, ce mythe populaire perdure. Dissoute après la guerre, l'armée de l'air allemande contraint BMW à se réinventer. Après des incursions dans les machines agricoles et le mobilier de bureau, l'entreprise se lance dans les motos. Sous la direction de Max Friz, concepteur en chef, naît en 1923 le R32, équipé du légendaire moteur boxer inspiré d'un design britannique Douglas. Ce modèle introduit la transmission par arbre, fidèle compagnon des motos BMW jusqu'en 1994. Inestimables en Afrique du Nord lors de la Seconde Guerre mondiale grâce à leur absence de chaîne sensible au sable, elles inspirent même Harley-Davidson à copier le concept avec la XA pour l'armée américaine. La demande militaire assure la prospérité de BMW pendant le conflit, mais les bombardements rasent l'usine de Munich et les Soviétiques démantèlent celle d'Eisenach pour la reconstruire à Irbit. Les ingénieurs vedettes sont exfiltrés vers la Russie ou les États-Unis pour des projets de moteurs à réaction. Dès que les restrictions s'assouplissent, BMW reprend la production avec le R24 en 1948, un monocylindre de 594 cm³ sans suspension arrière, produit à seulement 1 500 exemplaires et aujourd'hui pièce de collection. Les années 1950 marquent un déclin : la production chute de 30 000 à moins de 6 000 unités en 1957. La majorité des ventes se concentre sur les États-Unis via Butler & Smith. Soutenue par Herbert Quandt et sa division automobile, BMW rebondit. En 1959, John Penton pulvérise le record transcontinental New York-Los Angeles en 53 heures 11 minutes sur une R69, économisant 22 heures. Le R27, dernier monocylindre, sort en 1967. 
Les évolutions sociétales imposent des motos sportives plutôt que destinées aux side-cars. En 1970, BMW lance la gamme /5 : R50/5, R60/5 et R75/5. En 1974, le 500 cc cède la place au 900 cc ; en 1975, la R90S domine la catégorie supersport. 1977 voit les premiers moteurs d'un litre et le carénage intégral. La R100T de 1978 rivalise avec la Honda Goldwing. En 1986, le K100LT innove avec le pare-brise électrique réglable, aujourd'hui standard et copié par les concurrents. BMW pionnier de l'ABS en 1988 sur les K, étendu au R1100S en 1993 et quasi-systématique sur les modèles à cardan. De l'après-guerre chaotique à leader mondial incontesté, BMW incarne l'excellence motocycliste.
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