Im September 1979 präsentiert Daimler-Benz auf der IAA in Frankfurt eine neue Generation der S-Klasse. Die Modellpalette der Baureihe W 126 
umfasst zunächst sieben Typen; zur Wahl stehen vier Motoren (vom 2,8-Liter-Sechszylinder mit Vergaser mit 115 kW/156 PS bis zum 5,0-Liter-V8-Leichtmetallmotor mit Benzineinspritzung und 176 kW/240 PS) sowie zwei Karosserievarianten – neben der Normalversion eine verlängerte Variante. Die Verwendung von gewichtsreduzierenden Materialien und der geringe Luftwiderstand der im Windkanal optimierten Karosserie (cW=0,37, im Vergleich zu cW=0,41 bei der Baureihe W 116) verhelfen der neuen S-Klasse zu einem gegenüber den Vorgängermodellen um 10 Prozent reduzierten Kraftstoffverbrauch.
Sechs Jahre nach der Präsentation des W126 werden die DOHC-Motoren der Baureihe M110 durch zwei neu konstruierte Sechszylinder-Aggregate, die in 
der Mittelklasse-Baureihe W 124 neun Monate zuvor ihren ersten Auftritt hatten, ersetzt. Anstelle der Vergaser-Ausführung des M110 kommt nun ein 2,6-Liter-Einspritzer zum Einsatz, während das parallel entwickelte 3,0-Liter-Aggregat die Nachfolge der Einspritzer-Variante des M 110 antritt. Neu im Programm ist auch ein 4,2-Liter-V8-Motor, der durch Aufbohren des 3,8-Liter-Aggregats entstanden ist und dieses nun in der S-Klasse Limousine, im SEC-Coupé und im SL ablöst. Der 5,0-Liter-Motor ist ebenfalls modifiziert; er ist jetzt mit elektronischer Zündanlage und der elektronisch-mechanisch gesteuerten Einspritzanlage Bosch „KE-Jetronic“ ausgerüstet und entwickelt eine Leistung von 180 kW (245 PS).
Die spektakulärste Neuheit in der Motorenpalette im Herbst 1985 stellt ein 5,6-Liter-Achtzylinder dar, der aus dem 5,0-Liter-V8 durch Verlängerung des Hubs entwickelt worden ist und eine Leistung von 200 kW (272 PS) mobilisiert. Auf Wunsch gibt es sogar noch eine höher verdichtete 
Ausführung, die stolze 221 kW (300 PS) entfaltet, jedoch nicht mit einer geregelten Abgasreinigungsanlage kombiniert werden kann. Aber auch ohne Katalysator erfüllt diese so genannte „ECE-Version“ die von der Europäischen 
Wirtschaftskommission ECE festgelegten Abgasgrenzwerte. Die mit dieser Motor-Variante ausgerüsteten Typen 560 SEL und 560 SEC sind zum Zeitpunkt ihres Erscheinens die leistungsstärksten bis dahin gebauten Mercedes-Benz Serien-Pkw. Viele stilistische Änderungen, die den verbesserten Modellen der Baureihe W 126 angedeihen, dienen nicht nur der Aktualisierung des Designs, sondern erfolgen auch aus handfesten technischen Gründen. Durch tiefer herabgezogene Schürzen kann der Auftrieb vorn weiter verringert und die 
Luftabströmung hinten verbessert werden. Dadurch gelingt es, die Fahrstabilität bei schneller Fahrweise nochmals zu erhöhen, ein Aspekt, der vor allem im Hinblick auf die Fahrleistungen des neuen Topmodells 560 SEL von Bedeutung ist. Da die 5,6-Liter-Typen im Unterschied zu ihren weniger leistungsstarken Schwestermodellen serienmäßig mit breiteren Reifen der Dimension 215/65 VR 15 ausgerüstet sind, sind Bugschürze und Kotflügelwulst in der Form geändert, um an den Vorderrädern den nötigen seitlichen Freigang zu erzielen.
Im September 1988 ergänzt der auf dem Pariser Automobil-Salon präsentierte Typ 560 SE die Modellpalette der Baureihe W 126; damit ist der 5,6-Liter-Motor auch in der Limousine mit normalem Radstand lieferbar. Als Nachfolger der Baureihe W 126 werden im März 1991 auf dem Genfer Automobil-Salon acht Limousinen der Typenreihe W 140 vorgestellt. Obwohl die Serienfertigung der neuen Modelle bereits einen Monat später beginnt, wird auch die Produktion der Limousinen der Baureihe 126 für den 
Export noch einige Zeit aufrechterhalten. Die Fertigung der meisten Varianten endet zwischen August und Oktober 1991, die letzten Exemplare in Sonderschutz-Ausführung werden dagegen erst im April 1992 fertig gestellt. Insgesamt verlassen innerhalb des zwölfjährigen Produktionszeitraums 818 036 Limousinen die Produktionshallen in Sindelfingen, davon 97 546 mit Dieselmotor. Die Typenreihe W 126 ist damit die erfolgreichste Oberklasse-Baureihe in der Geschichte des Unternehmens.
