В 1954 году на Женевском автосалоне была представлена более комфортабельная версия BMW 501 - модель "502" с 2,6-литровым двигателем V8 мощностью 100 л.с. Помимо восьмицилиндрового двигателя с блоком цилиндров из легких сплавов (первая разработка в компании), BMW 502 получил противотуманные фары, а сам кузов был обильно украшен хромом. В 1955 году появилась версия с двигателем объемом 3.2 литра мощностью 120 л.с., мощность которого в 1957 г. довели до 140 л.с. 

 В 1958 году изменилось название автомобиля, теперь 502 модель получила индекс исходя из объема двигателя, так 502 2.6 назывался просто - 2.6, а 502 3.2 соответственно 3.2.  В 1961 к новому индексу прибавили два ноля: 2.6 стал называться - 2600, а 3.2 - 3200. С 1959 года на модель 502 впервые в Германии стали устанавливать дисковые тормоза. Производство продолжалось десять лет, вплоть до1964 года. Автомобили выпускались с кузовом седан, а фирмы Baur и Autenrieth выпускали на этой основе кабриолеты.