Mercedes-Benz CLS modelleri, farklı motor seçenekleriyle sunulmaktadır: CLS 300 d 4MATIC: 2.0 litrelik turbo dizel motor, 195 kW (265 bg) güç. CLS 400 d 4MATIC: 3.0 litrelik turbo dizel motor, 340 kW (250 bg) güç. CLS 53 4MATIC+: 3.0 litrelik turbo benzinli motor, 435 kW (320 bg) güç. Ayrıca, CLS 450 4MATIC adında, EQ Boost (entegre marş motoru) ve 48 Volt besleme teknolojilerine sahip, altı silindirli bir motor seçeneği de bulunmaktadır. Daha önceki modellerde, 3.0 litrelik V6 silindirli, commonrail, turbo dizel motor gibi seçenekler de mevcuttu.