梅賽德斯-奔馳 CLS 的動力性能相當出色。

它提供多種動力系統選擇，2.0T 發動機有高、低功率兩個版本。低功率版最大功率 145kW，最大馬力 197PS，最大扭矩 320Nm，最高車速 230km/h，百公里加速 7.5S，WLTC 綜合油耗 8L/100km。

高功率版最大功率 190kW，最大馬力 258Ps，最大扭矩 370nm，最高車速 250km/h，百公里加速 6.5S，WLTC 綜合油耗 8.05L/100km，傳動系統均匹配 9 速手自一體變速箱。

除了 2.0T 版本，追求更高性能還有 CLS63 AMG 版本，配備 6.2L V8 發動機，最大輸出功率 514 馬力，峰值扭矩 630 牛米，百公里加速僅需 4.5 秒。

奔馳 CLS 級的變速箱系統令人印象深刻，采用 7 速 7G-Tronic 自動變速器，具備多種駕駛模式，手動模式下換擋撥片能帶來類似 F1 賽車的駕駛樂趣，還有自動補油功能減少換擋頓挫感。

盡管車身長近 5 米，重 1.9 噸，但得益于空氣懸架和扎實底盤，操控性能出色。在最硬模式下能輕松應對賽道急轉彎，方向盤精準度和懸掛系統支撐效果優秀，高速行駛也靈活。此外，底盤懸架調校緊致強調運動，駕駛過程中給駕駛員足夠信心，動力組合加速從容，急加速時渦輪遲滯不明顯，能滿足不同駕駛需求。