Der für die BMW 502-Limousine entwickelte Achtzylinder-V-Motor war und blieb lange Zeit der einzige deutsche Aluguss-Achter. Er diente als Basis für ein ehrgeiziges Sportwagenprojekt, das der kaufmännische Direktor Hanns Grewenig gegen den Willen des damaligen BMW-Cheftechnikers Kurt Donath durchsetzte.

Ein erster Karosserieentwurf des Veritas-Initiators Ernst Loof wurde von der BMW-Spitze abgelehnt. Grewenig beauftragte stattdessen Albrecht Graf von Goertz, der auf Vermittlung des US-Importeurs Max Hoffman bereits den BMW 507 entworfen hatte, einen luxuriösen Sportwagen in Pontonform mit klassischer BMW-Niere zu gestalten. Nach 18 Monaten Entwicklungszeit erschienen BMW 503 und BMW 507 auf der Internationalen Automobil-Ausstellung im September 1955. Fachpresse und Publikum waren begeistert.

Obwohl der BMW 503 von den Jurys der Schönheitskonkurrenzen in Cannes, Rom, Lissabon, Wien und Wiesbaden mit Goldmedaillen ausgezeichnet wurde, war der Wagen kein großer Verkaufserfolg, was vor allem am hohen Preis lag: Für Coupé und Cabriolet verlangte BMW im Mai 1956 29.500 Mark, im Dezember 1957 kostete der Wagen 31.500 Mark und im Juli 1958 32.950 DM. Da ein Reihenhaus zur damaligen Zeit nur knapp das Doppelte kostete, konnten sich nur gutbetuchte Kunden – wie etwa Graf Faber-Castell, Rudolf-August Oetker und Filmschauspielerin Sonja Ziemann – den Wagen leisten.

Die Aluminiumkarosserie wurde von der Karosseriebaufirma Baur gefertigt. Der Motor mit 3.168 cm³ Hubraum leistete 140 PS (103 kW) bei 4800 min−1 und sorgte für eine Beschleunigung von 0 auf 100 km/h in 13,3 Sekunden. Als Höchstgeschwindigkeit wurde 190 km/h angegeben. Seitliche „Kiemen“ sollten wie im BMW 507 einen Wärmestau im Motorraum verhindern. Angesichts der thermischen Probleme fertigte BMW auf Kundenwunsch einige BMW 503 mit Luftauslässen an den Seiten der vorderen Kotflügel. Graf Goertz segnete diese Modifikation nachträglich als ästhetisch wertvoll ab.

Insgesamt wurden von 1956 bis 1960 nur 412 Exemplare gebaut, davon 139 Cabriolets und 273 Coupés, wobei der letzte BMW 503 (ein Coupé) die Fahrgestellnummer 69412 bekam; das letzte gebaute Cabrio erhielt die Fahrgestellnummer 69408. Es entstanden zwei Serien, deren Unterschiede im Wesentlichen in der Schaltung, in der Technik der automatischen Fenster- und Verdeckmechanismen, in der Position des Aschenbechers und in den seitlichen Zierleisten liegen.

Die Wagen der Serie 1 verfügen über eine Lenkradschaltung (mit Ausnahme der 5 rechtsgelenkten Sonderanfertigungen für britische Kunden), hydraulische Fensterheber und ein hydraulisches Verdeck, einen Aschenbecher unter dem Armaturenbrett und am Heck nach oben gebogene Zierleisten. Die Wagen der Serie 2 hingegen besitzen eine Knüppelschaltung, elektrische Fensterheber, jedoch weiterhin ein hydraulisches Verdeck, den Ascher neben dem Radio-Lautsprecher auf dem Armaturenbrett und durchgehend gerade Zierleisten.