BMW lanzó la versión cupé 502 en el Salón del Automóvil de Ginebra de 1954, con el objetivo de crear una variante más deportiva del modelo 501 anterior.
A pesar de compartir chasis y carrocería con el 501, este nuevo modelo cupé inicialmente estaba equipado con un innovador motor V8 de 2.6L (construido con componentes livianos) que entregaba 100 hp. El motor estaba acoplado a una caja de cambios manual de 4 velocidades. Más tarde, se introdujo como opción una variante de 3.2L de esta unidad V8, estableciendo un nuevo estándar de salida de 120 mph. El motor del 502 fue el primer motor V8 de la posguerra.
El chasis del automóvil era más robusto y ofrecía mejores calificaciones en términos de colisión frontal/lateral, mientras que el tanque de combustible estaba colocado de tal manera que minimizaba el peligro de explosión en caso de accidente. Otras diferencias con el modelo 501 fueron las molduras cromadas exteriores y el diseño interior, así como la forma obvia de cupé de 2 puertas, características estándar como asientos delanteros individuales y luces antiniebla.
El BMW 502 registró bajas ventas debido a su mayor precio, que rondaba el cuádruple del salario medio en Alemania. Tanto el 501 como el 502 recibieron el apodo de “Ángel barroco” debido a su diseño fluido.
Los modelos cupé y descapotable fueron diseñados por Baur, un carrocero respetado que ya estaba familiarizado con los estándares de BMW, ya que se ocupó de los descapotables de BMW desde 1930.
Tanto el modelo 501 como el 502 se descontinuaron en 1958 y se les cambió el nombre a BMW 2.6, respectivamente BMW 2.6 Luxus.