Nowe jednostki napędowe o pojemności 5 litrów są ewolucją dotychczasowego silnika 4,2 V8, który produkowano od roku 2003. Zarówno wersję wolnossącą, jak i doładowaną poddano gruntownym modyfikacjom, które oprócz wyższej mocy doprowadziły do obniżenia emisji. Oba silniki pełnią normy Euro 5 i amerykańską ULEV2. Przyczynił się do tego m.in. nowy system bezpośredniego wtrysku paliwa oraz zwiększenie stopnia sprężania z 11,0:1 do 11,5:1 (wersja wolnossąca) i z 9,0:1 do 9,5:1 (wersja z doładowaniem). Jaguar twierdzi także, że silniki należą do najbardziej oszczędnych jednostek w swojej kategorii. Na razie nie opublikowano jednak danych dotyczących zużycia paliwa.
Aluminiowa konstrukcja jednostki została skrócona o 24 mm. Nowy typ systemu zmiennych faz rozrządów (VCT) nie jest sterowany poprzez zmianę ciśnienia oleju, ale mechanicznie momentem przy otwieraniu i zamykaniu zaworów. Systemem VCT osadzone są wszystkie cztery wałki rozrządu. W wersji wolnossącej zawory ssące otwierane są wałkiem rozrządu o zmiennym profilu, który skok zaworów zmienia w zakresie od 5,5 do 10,5 mm. Dalszą nowością w wypadku podstawowej jednostki jest zmienna długość kolektora dolotowego. Sprężarka mechaniczna silnika z doładowaniem ma o 16 % większą wydajność cieplną, modyfikacje w konstrukcji poprawiły dodatkowo dźwięk jednostki.
Moc wersji wolnossącej wzrosła o zasadniczych 26 % do 287 kW (390 KM), a maksimum momentu obrotowego wynosi 515 Nm. Czas potrzebny do przyśpieszenia od 0 do 100 km/h skrócił się z 6,2 do 5,5 s. Jednostka w XKR oferuje 380 kW (517 KM), co oznacza przyrost o 23 procent. Maksymalny moment obrotowy wynosi teraz 625 Nm. Przyśpieszenie od 0 do 100 km/h wynosi teraz 4,8 s (wcześniej 5,2 s). Prędkość maksymalna w obu wersjach ograniczona została do 250 km/h.
Po przeprowadzonych modyfikacjach Jaguar XKR nie musi się już obawiać konkurencji ze strony takich modeli jak BMW M6 (373 kW/507 KM, 0-100 km/h 4,6 s), Aston Martin V8 Vantage 4,7 (313 kW/425 KM, 0-100 km/h 4,9 s) czy Mercedes-Benz SL 63 AMG (386 kW/525 KM, 0-100 km/h 4,6 s).
Siła napędowa przekazywana jest na tylne koła za pośrednictwem zmodyfikowanego 6-biegowego automatu ZF 6HP28, która podobnie jak przekładnia w modelu XF zamiast lewarka zmiany biegów ma pokrętło JaguarDrive Selector. Możliwa jest również manualna zmiana biegów manetkami pod kierownicą. Jaguar XKR dodatkowo otrzymał elektronicznie sterowany dyferencjał o zwiększonym tarciu.
Zmiany designu nadwozia obejmują nowy przedni zderzak z przestylizowanymi wlotami powietrza, inny tylny zderzak, diodowe tylne światła ze zmienioną grafiką oraz lusterka wsteczne ze zintegrowanymi kierunkowskazami.