El motor del Audi RS 7 es el mismo que tiene el RS 6 y, con menor potencia, el S7 o el S8.

Es un motor de gasolina de ocho cilindros dispuestos en «V», con inyección directa, sobrealimentación y distribución variable. Da la potencia máxima, 560 CV, de 5700 a 6600 rpm; el par máximo es 700 Nm, que también logra de forma constante durante el periodo comprendido entre 1750 y 5500 rpm.

El bloque está hecho de aluminio y los cilindros tienen 84,5 mm de diámetro por 89 mm de carrera. La relación de compresión es 10,1 a 1, similar a la de otros motores semejantes (el de un Porsche Cayenne Turbo es 10,5 a 1 y el de un BMW 550i 10 a 1).  El cárter del cigüeñal es de una aleación de aluminio y silicio.

El sistema de sobrealimentación es mediante dos turbocompresores de doble entrada («Twin Scroll») que generan una presión relativa de 1,2 bar. El aire, una vez comprimido, se enfría en sendos radiadores del tipo aire-agua.

Este motor tiene la peculiaridad de que puede funcionar con el trabajo de la mitad de sus cilindros, sistema al que Audi llama «COD» (Cylinder On Demand). En algunas condiciones, con poca carga (según Audi hasta 3500 rpm y 250 Nm aproximadamente), dos cilindros de una fila y dos de la otra (imagen) funcionan sin chispa ni mezcla de gasolina (las válvulas se cierran para que no haya pérdidas con bombeo). Cuando esto sucede se produce una detonación cada 180 grados de giro del cigüeñal, en vez de cada 90. Esto supone una menor suavidad de funcionamiento, que se trata de compensar mediante unos soportes de motor activos que contrarrestan las vibraciones. El resultado es muy satisfatorio, ya que si no se presta atención es inapreciable. Audi contabiliza en un 5 % la reducción de consumo que este dispositivo logra durante el ciclo de homologación.