Im Januar 2005 feierte die neue M-Klasse der Baureihe W 164 auf der North American International Auto Show (NAIAS) in Detroit ihre Weltpremiere. Die vollkommen neu entwickelten Fahrzeuge wurden erneut im US-amerikanischen Werk Tuscaloosa/Alabama gebaut, wo sie die ebenfalls vor Ort produzierte Vorgängerbaureihe W 163 ablöste. Diese hatte sich mit insgesamt knapp 648.000 seit 1997 gefertigten Einheiten als Bestseller und zugleich als Trendsetter für das neue Marktsegment der Sport Utility Vehicles (SUV) erwiesen.
Mit der Baureihe W 164 wollte Mercedes-Benz diese Marktposition weiter ausbauen. Zu diesem Zweck entwickelten die Ingenieure die Leistungsfähigkeit des multifunktionalen Fahrzeugs sowohl im Straßen- als auch im Geländebetrieb nochmals weiter. Wesentliches Element war hier die Einführung einer selbsttragenden Karosserie anstelle des in der Vorgängergeneration noch verwendeten Leiterrahmens. Unter anderem dank neu konzipierter Krafteinleitungspunkte zwischen Fahrwerk und Karosserie wurde eine deutlich höhere Verwindungssteifigkeit als zuvor erreicht. Darüber hinaus trugen neben laufruhigen Sechs- und Achtzylindermotoren vor allem neu entwickelte Achsen sowie die optionale Luftfederung AIRMATIC, kombiniert mit dem situationsgerecht regelnden Adaptiven Dämpfungs-System (ADS), zum noch besseren Langstreckenfahrkomfort bei.
Zum Marktstart war die M-Klasse mit vier Motorisierungen lieferbar, drei davon waren Neuentwicklungen. In den Typen ML 280 CDI und ML 320 CDI kam der neue V6-Dieselmotor der Baureihe OM 642 in zwei Leistungsstufen zum Einsatz, mit 140 kW/190 PS beim Einsteigermodell und mit 165 kW/224 PS beim ML 320 CDI. Die Drehmomentbestwerte beliefen sich auf 440 Nm bei 1400/min bzw. bei 510 Nm, die ab 1600/min abrufbar waren. Dank Common-Rail-Direkteinspritzung der dritten Generation und modernsten Piezo-Einspritzdüsen betrug der durchschnittliche Kraftstoffnormverbrauch der Dieselmodelle jeweils 9,4 bis 9,6 Liter auf 100 Kilometer – damit zählten diese Modelle zu den wirtschaftlichsten ihres Segments. Ebenfalls neu war der V6-Benziner des ML 350 mit einer Leistung von 200 kW/272 PS und einem maximalen Drehmoment von 350 Nm. An der Spitze des Motorenprogramms stand der bereits vom Vormodell bekannte Achtzylinder des ML 500, der nun 225 kW/306 PS leistete. Die neuen bzw. überarbeiteten Antriebsaggregate übertrafen in puncto Leistung und Drehmoment die ihrer Vorgänger um bis zu 38 %, bei gleichzeitiger, durch optimierte Aerodynamik unterstützter Verringerung des Kraftstoffverbrauchs um bis zu 10 %.
Serienmäßig oblag die Kraftübertragung nun dem bei seiner Einführung im Herbst 2003 weltweit ersten 7-Gang-Automatikgetriebe 7G-TRONIC, dessen Bedienung in der M-Klasse über die neue DIRECT SELECT Technik mithilfe eines lenkradnahen Wählhebels erfolgte. Zusätzliche Lenkrad-Schalttasten ermöglichten den schnellen manuellen Wechsel der sieben Fahrstufen.
Maßstäbe setzte der SUV auf dem Gebiet der Sicherheit: Der Insassenschutz basierte auf großen Deformationszonen der selbsttragenden Karosserie sowie dem serienmäßigen Einsatz von Spitzentechnologie aus der Oberklasse. Dazu gehörten unter anderem adaptive, zweistufige Airbags für Fahrer und Beifahrer, Sidebags vorn, Windowbags sowie Gurtstraffer und Gurtkraftbegrenzer an allen Sitzplätzen. Beim Heckaufprall boten die neu entwickelten, auf Wunsch lieferbaren crashaktiven Kopfstützen NECK‑PRO zusätzlichen Schutz für Fahrer und Beifahrer. Ebenfalls optional verfügbar war das vorbeugende Insassenschutzsystem PRE‑SAFE®. Die mehrfach prämierte Technologie wurde in fahrdynamisch kritischen, unfallträchtigen Situationen aktiv, um Insassen und Auto auf eine drohende Kollision vorzubereiten. So straffte PRE-SAFE® vorsorglich die Gurte von Fahrer und Beifahrer, brachte die individuelle Einstellung des gegebenenfalls vorhandenen vollelektrisch einstellbaren Beifahrersitzes in eine optimierte Position und schloss bei einem drohenden Überschlag das eventuell eingebaute Schiebedach. Das PRE-SAFE® System nutzte dabei die elektronische Vernetzung mit dem Anti-Blockier-System ABS, dem Bremsassistenten BAS und dem Elektronischen Stabilitäts-Programm ESP®, deren Sensoren heikle Fahrzustände erkannten.
Die durch den permanenten Allradantrieb 4MATIC gegebene Leistungsfähigkeit der M-Klasse im Geländeeinsatz stärkte Mercedes‑Benz mit dem weiterentwickelten Traktionssystem 4ETS, das nun serienmäßig über Zusatzfunktionen wie Offroad-ABS, Anfahr-Assistent und Downhill Speed Regulation verfügte. In puncto Allradtechnik standen für die Modelle der M-Klasse zwei Ausstattungsvarianten zur Wahl, die unterschiedlichen Ansprüchen genügten: Zum einen die Basisausführung und zum anderen das optionale neue Offroad Pro-Technikpaket. Es war für die Bewältigung schwierigster Geländepassagen konzipiert und umfasste unter anderem ein Zweistufen-Verteilergetriebe mit Low-Range-Untersetzung, manuell oder automatisch zuschaltbare 100-prozentige Differenzialsperren zwischen Vorder- und Hinterachse sowie an der Hinterachse und eine auf anspruchsvollen Geländeeinsatz abgestimmte AIRMATIC Luftfederung. Letztere ermöglichte es, die Bodenfreiheit um 110 mm auf bis zu 291 mm und die Wattiefe auf bis zu 600 mm (Serie: 500 mm) anzuheben.
Vorder- und Hinterachse, der nun mit einer selbsttragenden Karosserie aufwartenden M-Klasse, hatten die Ingenieure neu entwickelt: Für guten Abrollkomfort bei überzeugender Fahrdynamik sorgte vorne eine Doppelquerlenkerachse, während hinten eine Vierlenker-Konstruktion zum Einsatz kam. Serienmäßige Leichtmetallräder mit Breitreifen der Größe 235/65 R 17 (V6-Modelle) sowie 255/55 R 18 (V8-Modell) boten nicht nur ein hohes Traktionsniveau, sondern akzentuierten auch den sportlichen Auftritt der M-Klasse.
Die Karosseriegestaltung war von einem Wechselspiel aus stark konturierten Flächen und straffen Linien geprägt. Mit der flachen Frontscheibe, den markanten Kotflügeln und der nach hinten ansteigenden Schulterlinie setzte die Formensprache unverkennbar sportliche Akzente, die durch leicht veränderte Proportionen aufgrund eines gegenüber der Vorgängergeneration um 95 mm auf 2915 mm verlängerten Radstands zusätzlich verstärkt wurden.
Davon profitierte auch das Interieur, das nicht nur mit besonders hochwertiger Materialqualität und angenehmerer Oberflächen-Haptik, sondern auch mit einem deutlich vergrößerten Platzangebot auf allen Sitzplätzen aufwartete. So vergrößerte sich der Abstand zwischen Vorder- und Rücksitz gegenüber dem Vorgängermodell auf 880 mm und lag damit auf dem Niveau einer Oberklasselimousine. Darüber hinaus verbesserten sich Kniefreiheit und Ellenbogenbreite der Fondpassagiere um 35 mm bzw. 32 mm.
Gemäß ihrem individuellem Komfortanspruch konnten Kunden die Sitze der neuen M-Klasse auswählen: Neben Vordersitzen mit serienmäßiger elektrischer Höhen-, Neigungs- und Lehnenverstellung waren auf Wunsch auch Sportsitze mit spezieller Lehnenkontur lieferbar. Die Fondsitze waren im Verhältnis 60:40 geteilt und umklappbar. Auf Wunsch ließen sich hier beide Sitzkissen herausnehmen, sodass eine ebene Ladefläche von mehr als 2,10 Meter Länge entstand. Zudem übertraf das maximale Ladevolumen von 2050 Liter (gemäß VDA-Messmethode) vergleichbare Wettbewerber deutlich. Das auf Wunsch spezifizierbare EASY-PACK-System erleichterte unter anderem mit elektrisch betätigter Heckklappe sowie einem Set zur sicheren Ladegut-Arretierung die Nutzung des Laderaums.
Auf dem neuesten Stand gebrachte Assistenzsysteme aus der Mercedes‑Benz Oberklasse steigerten gleichermaßen Komfort und Sicherheit im neuen Multifunktionsfahrzeug. So war die neue Generation der M-Klasse Modelle auf Wunsch mit der weiterentwickelten Klimatisierungsautomatik Multi-Zone-THERMOTRONIC, der Einparkhilfe PARKTRONIC, dem Bedien- und Anzeigesystem COMAND APS mit europaweiter DVD-Navigation sowie mit Bi-Xenon-Scheinwerfern inklusive Kurven- und Abbiegelicht zu haben.
Da Fahrwerk, Bremsanlage und Lenkung der Baureihe W 164 bereits in der Konstruktionsphase auch auf die Belastungen bei Hängerbetrieb abgestimmt worden waren, eigneten sich die M-Klasse Modelle besonders gut als Zugfahrzeuge. Wurde werkseitig eine Anhängerkupplung geordert, kamen Kunden zusätzlich in den Genuss der neuen ESP® Anhängerstabilisierung. Das System erkannte möglicherweise auftretende Pendelschwingungen und baute sie unter Zuhilfenahme der ESP® Sensorik per radselektiver, wechselseitiger Bremseingriffe wirksam ab.
Pünktlich zur Markteinführung war für die Fahrzeuge der M-Klasse auch das dynamische AMG Outfit verfügbar. Das Optikpaket Styling AMG war für alle Motorvarianten lieferbar und bestand aus in Wagenfarbe lackierten Front- und Heckschürzen, vorne mit vertikalen Einlegern aus gebürstetem Edelstahl. Dazu kamen groß dimensionierte runde Nebelscheinwerfer mit Chromringen und optionalem Abbiegelicht. Vier Lufteinlässe mit dem von Rennsportfahrzeugen bekannten schwarzen Streckmetallgitter sowie der prägnant gestaltete vordere Unterfahrschutz unterstrichen den sportlichen Charakter dieser Ausführung. An der Heckschürze setzten Auswölbungen für die Endrohre der zweiflutigen Abgasanlage besondere visuelle Akzente. Als passende Abrundung des AMG Outfits fungierten AMG Leichtmetallräder im Format 8,5 x 19 Zoll, sterlingsilbern lackiert.
Die Markteinführung des W 164 startete in den USA im April 2005, in Europa rollten die Fahrzeuge im Sommer in die Verkaufsräume. Im Juli, kurz nach dem Marktstart, lagen hier bereits rund 26.500 Bestellungen vor. Zuvor waren die neuen Modelle in den Vereinigten Staaten, die als Hauptabsatzmarkt des Premium-SUV galten, schon mit großem Erfolg lanciert worden und hatten wesentlich zum Absatzerfolg von Mercedes‑Benz in den USA beigetragen.
Zu Beginn reichten die Brutto-Listenpreise hierzulande von 46.342,00 Euro, die für einen ML 280 CDI 4MATIC zu entrichten waren, bis zu 63.220,00 Euro für einen ML 500 4MATIC.
Wenige Wochen später, auf der im September 2005 veranstalteten Internationalen Automobil-Ausstellung (IAA) in Frankfurt/Main, stellte Mercedes-Benz den ML 63 AMG als neue Topversion der Baureihe W 164 vor. Das Performance-Modell wurde von einem 375 kW/510 PS starken 6,3-Liter-V8-Motor angetrieben, der ein Drehmomentmaximum von 630 Nm bei 5200/min bereitstellte – damit war das AMG Triebwerk der seinerzeit stärkste serienmäßige Achtzylinder-Saugmotor weltweit. Die singuläre Kombination aus Hochdrehzahlkonzept und großem Hubraum ergab einen ungewöhnlichen Mix aus ausgeprägter Drehfreude und kräftigem Durchzug bei niedrigen Drehzahlen.
Aus dem Stand beschleunigte die AMG Version in nur 5,0 Sekunden auf 100 km/h, die Höchstgeschwindigkeit betrug elektronisch begrenzte 250 km/h. Gegenüber dem Vorgängermodell ML 55 AMG der Baureihe W 163 lieferte der ML 63 AMG ein Leistungsplus von 46 % sowie 23 % mehr Drehmoment. Die Kraftübertragung übernahm ein AMG SPEEDSHIFT 7G-TRONIC Automatikgetriebe. Drei speziell auf die sportliche Leistungsentfaltung des Motors zugeschnittene Schaltprogramme erlaubten dabei ein souveränes Ausnutzen des Leistungspotenzials. Per Schalter in der Mittelkonsole anwählbar, unterschieden sich die Schaltprogramme „S" (Sport), „C" (Comfort) und „M" (Manuell) durch ihre Schaltcharakteristik und ‑geschwindigkeit.
Das im Spitzenmodell spezifizierte AMG Sportfahrwerk auf Basis der AIRMATIC-Luftfederung erlaubte hohe Kurvengeschwindigkeiten und überzeugte darüber hinaus durch präzises Einlenkverhalten und geringe Seitenneigung bei gleichzeitigem Langstreckenkomfort. Die Luftfederung verfügte über AMG-spezifische Federbeine und das speziell abgestimmte adaptive Dämpfungssystem ADS. Eine Niveauregulierung senkte die Karosserie bei höheren Geschwindigkeiten automatisch ab. In Verbindung mit dem permanenten AMG Allradantrieb, der durch eine individuelle Momentenverteilung von 40 % vorne zu 60 % hinten gekennzeichnet war, ergab diese Konfiguration eine in der betreffenden Fahrzeuggattung einzigartige Fahrdynamik. Den Kontakt zur Straße stellten dabei glanzgedrehte 19 Zoll messende AMG Leichtmetallräder im 5-Speichen-Design her. Optional standen 20-Zoll AMG Leichtmetallräder im 5-Speichen-Design mit Reifen der Dimension 295/40 R 20 zur Wahl. Verzögert wurde der ML 63 AMG durch eine Hochleistungs-Bremsanlage mit rundum groß dimensionierten innenbelüfteten und zusätzlich gelochten Bremsscheiben.
Das Design des ML 63 AMG unterstrich seine Ausnahmestellung in der Modellpalette der M-Klasse. Kennzeichnend war das typische AMG Styling von Front- und Heckschürze sowie des spezifischen Kühlergrills und der Kotflügelverbreiterungen. Seitliche Trittbretter in Edelstahl, abgedunkelte Rückleuchten und die AMG Sport-Abgasanlage mit zwei verchromten Doppel-Endrohren waren weitere optische Merkmale der Performance-Version. Sportlichkeit dominierte auch das Interieur: Zu den Highlights zählten die mit Nappaleder bezogenen AMG Sportsitze mit Alcantara-Einsätzen im Schulterbereich, Multikonturfunktion und Sitzheizung, das AMG Ergonomie-Ledersportlenkrad mit Schalttasten, AMG Einstiegsleisten, die Edelstahl-Sportpedalerie mit Gumminoppen sowie das AMG Kombi-Instrument mit eigenständiger Schrift, roten Zeigern und 320‑km/h-Tachoskala.
Die Markteinführung des ML 63 AMG begann im zweiten Quartal 2006 zu Brutto-Listenpreisen ab 96.164,00 Euro.
Von Beginn an erntete die nicht zuletzt auf bestmögliche passive Sicherheit ausgerichtete Gesamtkonstruktion der neuen M-Klasse höchstes Lob unabhängiger Prüfinstitute. So vergab die US-amerikanische „National Highway Traffic Safety Administration" bereits 2005 das 5-Sterne-Prädikat für das Abschneiden bei der Crashprüfung nach dem US-NCAP-Verfahren. Als einem der ersten SUV überhaupt wurde der M-Klasse sowohl beim Frontal- wie beim Seitenaufprall jeweils diese Bestbewertung zuerkannt.
Im Sommer 2006 erweiterte Mercedes-Benz das Angebot an Diesel-motorisierten Modellen um die neue Topversion ML 420 CDI 4MATIC. Um die Bezeichnung der Fahrzeugtypen über alle Baureihen hinweg einheitlich zu gestalten, war bereits ab Frühjahr der Zusatz 4MATIC – trotz serienmäßiger Ausstattung mit Allradantrieb – sämtlichen Modellbezeichnungen der M-Klasse angefügt worden. Der 4,0-Liter-Diesel-V8 im ML 420 CDI 4MATIC wartete mit Vierventiltechnik, einer Biturbo-Aufladung sowie variabler Turbinengeometrie auf. Das Drehmoment des 225 kW/306 PS starken Selbstzünders lag über einen Drehzahlbereich von 2000/min bis 2600/min hinweg bei 700 Nm. Die Leistungssteigerung, die der überarbeitete Diesel-V8 gegenüber der im ML 400 CDI der Vorgängerbaureihe eingesetzten Ausführung erfahren hatte, war vor allem auf die Common-Rail-Hochdruckeinspritzung der dritten Generation mit maximal 1600 bar Einspritzdruck zurückzuführen.
Der ML 420 CDI 4MATIC beschleunigte in 6,8 Sekunden aus dem Stand auf 100 km/h, die Höchstgeschwindigkeit betrug 235 km/h. Für den Sprint von 60 km/h auf 120 km/h benötigte das neue Diesel-Spitzenmodell im dritten Gang lediglich 6,0 Sekunden. Die hohen Leistungsreserven sorgten im Zusammenspiel mit dem 7G-TRONIC Automatikgetriebe für entspanntes Fahren mit niedrigen Drehzahlen und damit für, gemessen am Leistungspotenzial, günstige Verbrauchswerte. Bei besonders sparsamer Fahrweise konsumierte der Selbstzünder nur 9,1 Liter Kraftstoff je 100 Kilometer, der Durchschnitts-Normverbrauch lag bei moderaten 11,1 bis 11,3 Liter. Wie alle anderen in der M-Klasse eingesetzten Dieselmotoren war auch das im ML 420 CDI 4MATIC verwendete Aggregat mit einem wartungsfreien Dieselpartikelfilter ausgestattet, der die Rohemissionen um 99 % reduzierte. Damit unterbot der Mercedes-Benz Premium-SUV die Grenzen der Abgasnorm Euro 4 deutlich.
Als Brutto-Listenpreis für das muskulöse Dieselmodell wurden zum Marktstart 65.540,00 Euro ausgewiesen.
Im Sommer 2007 führte Mercedes-Benz einen neuen V8-Ottomotor für den ML 500 4MATIC ein. Zum Einbau gelangte nun ein Aggregat der Motorenfamilie M 273. Das mit 5461 cm³ Hubraum aufwartende Triebwerk, das über zwei obenliegende Nockenwellen pro Zylinderbank und Vierventiltechnik verfügte, stellte eine Leistung von 285 kW/388 PS sowie einen Drehmomentbestwert von 530 Nm bereit – 60 kW/82 PS bzw. 70 Nm mehr als die bisherige Motorisierung. Dieser beträchtliche Kraftzuwachs resultierte in deutlich verbesserter Beschleunigungsleistung: Den Sprint auf 100 km/h absolvierte der ML 500 4MATIC nun in 5,8 Sekunden, mehr als 1 Sekunde schneller als der Vorgänger. Die angehobene Motorleistung war jedoch nicht mit einem erhöhten Spritkonsum verbunden, vielmehr lag der durchschnittliche Norm-Kraftstoffverbrauch mit 12,8 bis 13,1 Liter Superbenzin je 100 Kilometer sogar etwas niedriger als zuvor.
Aus Anlass des zehnten Jahres der M-Klasse Produktion präsentierte Mercedes-Benz im Juli 2007 das Sondermodell „Edition 10“. Die Fahrzeuge der ersten Generation waren bis zu ihrer Ablösung durch die nun komplett neu entwickelten Modelle der Baureihe W 164 weltweit rund 600.000-mal verkauft worden, und mit rund 250.000 bis zum Sommer 2007 erfolgten Auslieferungen hatten die aktuellen Modelle nahtlos an diesen Erfolg angeknüpft. Im Ausstattungspaket der „Edition 10“-Variante waren unter anderem 20-Zoll-Leichtmetallräder, Bi-Xenon-Scheinwerfer, dunkel hinterlegte Rückleuchten, spezielle Karosserie-Farbakzente in Titan-Optik sowie Editionslogos auf den Kotflügeln enthalten. Das sportlich-luxuriös ausstaffierte Interieur wies eine zweifarbige Vollleder-Ausstattung, Sportinstrumente und eine Edelstahl-Sportpedalerie auf. Die Editionsausstattung war mit Ausnahme des ML 63 AMG 4MATIC für alle M-Klasse Modelle lieferbar. Entsprechend spezifizierte Fahrzeuge konnten ab Herbst 2007 zu Brutto-Listenpreisen zwischen 49.920,50 Euro für einen ML 280 CDI 4MATIC und 69.555,50 Euro für einen ML 500 4MATIC bestellt werden.
Im Fertigungszyklus vor der im Frühjahr 2008 anberaumten ersten Modellpflege der Baureihe 164 erwiesen sich sowohl bei den Otto- wie bei den Dieselmodellen die mittleren Motorisierungsstufen der M-Klasse als die mit weitem Abstand populärsten. Die führende Position nahm der Benziner ML 350 4MATIC ein, der es auf knapp 126.000 Einheiten brachte, gefolgt vom Selbstzündermodell ML 320 CDI 4MATIC mit rund 116.500 Fahrzeugen. Mit Abstand belegte das Einsteigermodell ML 280 CDI 4MATIC mit etwa 35.000 Einheiten den dritten Platz der Produktionsstatistik. Die besonders leistungsstarken M-Klasse Versionen traten in der Beliebtheitsskala deutlich in den Hintergrund. Am besten schnitt hier der ML 500 4MATIC ab; auf ihn entfielen knapp 8500 Fahrzeuge, während vom ML 63 AMG 4MATIC etwas mehr und dem ML 420 CDI 4MATIC etwas weniger als 7.000 Einheiten gefertigt worden waren.