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, wie sie bei den Oberklasse-Limousinen seit Generationen angeboten wird. Die Vergrößerung des Radstands ist diesmal mit 140 Millimetern deutlicher als sonst ausgefallen und kommt wie gewohnt ausschließlich der Beinfreiheit im Fond und der Einstiegsbreite der hinteren Türen zugute.

Bei der Entwicklung der neuen Baureihe stehen neben der Erhöhung des Fahrkomforts und der Sicherheit Maßnahmen zur Verringerung des Energieverbrauchs im Vordergrund. Die Verwendung von gewichtsreduzierenden Materialien und der geringe Luftwiderstand der im Windkanal optimierten Karosserie (cW=0,36, 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. Die beiden Achtzylindermotoren der Vorgängerbaureihe werden durch zwei überarbeitete Aggregate mit vergrößertem Hubraum und Leichtmetall-Kurbelgehäuse ersetzt. Der 5,0-Liter-Motor, der das 4,5-Liter-Grauguss-Aggregat ablöst, ist bereits aus dem Typ 450 SLC 5.0 bekannt, während der 3,8-Liter-Leichtmetallmotor nach dem Vorbild des Fünfliters aus dem alt gedienten 3,5-Liter-V8 mit Graugussblock entsteht. Durch ihre höhere Leistung bei geringerem Gewicht ermöglichen die neuen V8-Motoren verbesserte Fahrleistungen bei sparsamerem Benzinverbrauch. Unverändert im Programm bleiben Vergaser- und Einspritzer-Version des 2,8-Liter-Sechszylinders.

Für den Export in die USA wird auch von der Baureihe W 126 wieder eine Diesel-Ausführung produziert. Der Typ 300 SD Turbodiesel bietet wie sein Vorgängermodell einen aufgeladenen 3,0-Liter-Fünfzylinder, dessen Leistung allerdings um 10 PS (7,4 kW) auf 125 PS (92 kW) erhöht wird.

Die Konzeption des Fahrwerks entspricht im Wesentlichen den Vorgängermodellen. Auch die neuen S-Klasse Limousinen besitzen eine Schräglenker-Hinterachse sowie eine Doppelquerlenker-Vorderradaufhängung mit Lenkrollradius Null. Die 5,0-Liter-Typen haben wieder die Koppelachse.

Die Karosserie ist nach neuesten Erkenntnissen der Sicherheitsforschung konstruiert. Dank neuer Konstruktionsprinzipien übersteht die Fahrgastzelle nun auch einen versetzten Frontalaufprall – den so genannten „offset crash“ – bei einer Kollisionsgeschwindigkeit von 55 km/h unbeschadet. Die Limousinen der Baureihe W 126 sind die weltweit ersten Serienfahrzeuge, die das Kriterium des asymmetrischen Frontalaufpralls erfüllen.

Die charakteristischen Design-Elemente der neuen S-Klasse präsentieren sich gewissermaßen unter der Gürtellinie. Erstmals hat ein Mercedes-Benz Pkw keine Stoßstangen im klassischen Sinn, sondern stattdessen großzügig dimensionierte, kunstoffummantelte Stoßfänger, die in Bug- und Heckschürze nahtlos integriert sind. Eine optische Verbindung zwischen Bug- und Heckschürze bilden breite seitliche Schutzleisten aus Kunststoff, die zwischen den Radausschnitten auf Höhe der Stoßfänger angeordnet sind.

Im Herbst 1981, zwei Jahre nach ihrem Debüt, wird die Baureihe W 126 anlässlich der Frankfurter IAA um eine elegant gezeichnete Coupé-Ausführung ergänzt, die nur mit Achtzylindermotoren lieferbar ist. Im Rahmen des gleichzeitig präsentierten „Mercedes-Benz Energiekonzepts“ zur Verbrauchs- und Schadstoffreduzierung sind beide V8-Aggregate gründlich überarbeitet. Neben einer Erhöhung der Verdichtung stehen Nockenwellen mit geänderten Steuerzeiten, luftumspülte Einspritzventile und eine elektronische Leerlaufregelung auf der Liste der Verbesserungen. Durch die geänderte Nockenwellenabstimmung kann das Drehmomentmaximum in niedrigere Drehzahlbereiche verschoben und im Falle des 3,8-Liter-Motors sogar erhöht werden. Dieses Aggregat erfährt besonders tiefgreifende Änderungen: Um ein günstigeres Volumen-Oberflächenverhältnis zu erhalten, ist die Bohrung reduziert und der Hub erhöht. Der modifizierte 3,8-Liter-V8 weist damit einen geringfügig vergrößerten Hubraum auf. Bei beiden Achtzylindern müssen, gewissermaßen als Ausgleich für die deutlich verbesserte Wirtschaftlichkeit, geringe Leistungseinbußen in Kauf genommen werden. Die Hinterachsübersetzung wird in beiden Fällen der veränderten Motorcharakteristik angepasst und ist deutlich länger ausgelegt. Auch an den beiden Sechszylindermotoren ändert man eine Reihe von Details und erzielt damit ebenfalls einen Spareffekt, allerdings weniger ausgeprägt. Das Leistungspotential wird durch diese Maßnahmen nicht beeinträchtigt.

Vier Jahre nach Präsentation des Energiekonzepts geschieht eine umfangreiche Modellpflege, so dass im September 1985, wiederum auf der IAA in Frankfurt, ein komplett überarbeitetes Typenprogramm der S-Klasse vorgestellt wird. Die Optik wird dezent überarbeitet, was primär die Stoßfänger und den Flankenschutz betrifft, aber auch die Räder, die von 14 auf 15 Zoll umgestellt werden. Das beinhaltet zugleich einen Sicherheitsaspekt, denn so lassen sich größere Bremsscheiben unterbringen. Im Vordergrund steht aber eine Umstrukturierung der Motorenpalette.

Zwei neu konstruierte Sechszylinder-Aggregate, die in der Mittelklasse-Baureihe W 124 neun Monate zuvor ihren ersten Auftritt hatten, ersetzen den altbewährten 2,8-Liter-Motor M 110: Anstelle der Vergaser-Ausführung 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 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.

Für alle Varianten der überarbeiteten Modellpalette mit Ausnahme der Typen 560 SEL und 560 SEC in ECE-Version steht auf Wunsch eine geregelte Abgasreinigungsanlage mit Dreiwege-Katalysator zur Verfügung. Serienausführung ist jeweils die so genannte RÜF-Version“, bei der das Fahrzeug ohne Katalysator und Lambdasonde, aber mit dem multifunktionalen Gemischaufbereitungs- und Zündsystem ausgeliefert wird. Eine Nachrüstung mit dem geregelten Katalysator kann bei einem „Rückrüstfahrzeug“ jederzeit und ohne Probleme vorgenommen werden. Diese Regelung gestattet dem Kunden größtmögliche Flexibilität, den Zeitpunkt der Umrüstung betreffend – in Anbetracht der seinerzeit noch nicht flächendeckenden Versorgung mit bleifreiem Kraftstoff ein nicht unerheblicher Vorteil. Ab September 1986 gehört der geregelte Katalysator bei allen Mercedes-Benz Pkw-Modellen mit Otto-Motor zur Serienausstattung; die Rückrüstfahrzeuge sind – mit entsprechendem Preisabschlag – bis August 1989 auf Wunsch weiterhin lieferbar.

Mit Einführung des neuen Typenprogramms wird auch das Diesel-Modell, das nach wie vor ausschließlich dem Export in die USA vorbehalten ist, durch eine geänderte Variante ersetzt. Der neue Typ 300 SDL präsentiert sich mit dem vergrößerten Raumangebot der verlängerten Version und hat einen völlig neu konstruierten Motor. Dieser basiert auf dem von der Mittelklasse-Baureihe W 124 bekannten 3,0-Liter-Sechszylinder, ist aber wiederum mit einem Turbolader ausgerüstet. Der Sechszylinder-Turbodiesel mobilisiert nun 110 kW (150 PS) – 44 kW (60 PS) mehr als die Basisversion ohne Aufladung und fast 22 kW (30 PS) mehr als der Fünfzylindermotor des Vorgängermodells.

Am Fahrwerk der modellgepflegten Typen werden erwartungsgemäß keine grundlegenden Änderungen verzeichnet. Allerdings wird die Hinterachskonstruktion in einigen Details modifiziert, um Fahrkomfort und Laufruhe weiter zu verbessern. Außerdem sind alle Modelle der Baureihe W 126 nun mit 15-Zoll-Rädern und dementsprechend größeren Bremsen ausgerüstet. Das Design der auf Wunsch lieferbaren Leichtmetallräder, die nur bei den Typen 560 SEL und 560 SEC zur Serienausstattung gehören, ist aktualisiert und der Kompaktklasse- und Mittelklasse-Baureihe angepasst.

Die übrigen stilistischen 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.

Die seitlichen Schutzleisten sind nun glattflächig gestaltet und nicht mehr wie bisher mit Rillen versehen; wie das Stoßfängersystem reichen sie jetzt weiter herab und umfassen zusätzliche Längsträger-Verkleidungen. 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 1987, als der S-Klasse ungewohnt scharfer Ostwind in Gestalt des BMW 750 i entgegen bläst, werden leistungsgesteigerte Varianten aller V8-Motoren eingeführt. Die Verdichtung ist in allen Fällen auf 10:1 erhöht, und mit flankierenden Maßnahmen kann die Leistung je nach Modell um 6 bis 10 Prozent gesteigert werden. Noch deutlicher fällt der Effekt bei den katalysatorbestückten Varianten aus; durch Optimierung der Abgasreinigungsanlage ist es gelungen, die vom Katalysator verursachten Leistungsverluste deutlich zu reduzieren. Die ECE-Version des 5,6-Liter-V8 kann ersatzlos entfallen, nachdem die RÜF-Ausführung infolge der Leistungskur nun auch 221 kW (300 PS) mobilisiert.

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.

Ab Juni 1989 wird eine neue Variante mit Dieselmotor produziert, die auch weiterhin nur für den Export nach USA lieferbar ist. Die Fertigung des bisherigen Typ 300 SDL ist bereits im September 1987 ausgelaufen. Der Typ 350 SDL hat einen neu entwickelten 3,5-Liter-Sechszylinder, der aus dem bewährten 3,0-Liter-Aggregat durch Aufbohren und Verlängerung des Hubs entwickelt wird. Der neue Turbodiesel ist mehr auf Drehmoment denn auf Leistung ausgelegt und mobilisiert mit Abgasrückführung und Oxidationskatalysator trotz des größeren Hubraums 10 kW (14 PS) weniger als sein Vorgänger. Mit 100 kW (136 PS) ist der Typ 350 SDL aber durchaus angemessen motorisiert, insbesondere unter Berücksichtigung des in USA allgemein geltenden Tempolimits; das maximale Drehmoment kann um fast 15 Prozent gesteigert werden und steht schon bei 2000/min zur Verfügung. Ab Juni 1990 ist dann neben dem Typ 350 SDL zusätzlich auch der Typ 350 SD mit normalem Radstand lieferbar.

Wie bereits bei der Vorgänger-Baureihe W 116 praktiziert, wird auch von den Achtzylindermodellen der Typenreihe W 126 eine sondergeschützte Ausführung angeboten. Die Schutztechnik kann durch intensive Entwicklungsarbeit weiter perfektioniert werden. Insgesamt wird die stattliche Zahl von 1465 Exemplaren produziert. Eine Besonderheit bilden zwei Fahrzeuge vom Typ 500 SEL, die mit einem um 200 Millimeter verlängerten Radstand und einem um 30 Millimeter erhöhten Dachaufsatz aufgebaut werden. Das erste Exemplar, das im Januar 1983 fertig gestellt wird, ergänzt den werkseigenen Fuhrpark um ein weiteres Repräsentationsfahrzeug. Das zweite Exemplar wird nach den Wünschen des Vatikan für den Heiligen Vater angefertigt und im August 1985 an Papst Johannes Paul II. übergeben.

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.

Auto, Motor und Sport, Deutschland, Heft 22/1979, über die S-Klasse der Baureihe W 126: „Beim Fahren zeigt sich denn auch schnell, dass Ruhe bei Daimler-Benz zur ersten Bürgerpflicht gehört. Der von der Mechanik verursachte Lärm hält sich, auch bei den Sechszylindern, dezent im Hintergrund – daneben ist es geradezu frappant, wie gründlich die Mercedes-Entwickler jeglichen Windgeräuschen den Garaus gemacht haben.“

Road & Track, USA, Februar 1980, über die S-Klasse der Baureihe W 126:
„Über ziemlich holprige Straßen durch den Wald zurückeilend wurde mir in Erinnerung gerufen, wie gut sich ein Mercedes fährt und beherrschen lässt. Auch ein Fahrzeug mit Starrachse könnte Letzteres vollbringen, aber nicht ohne das Gehirn zu schütteln. Der W 126 erledigt beides in fabelhafter Manier und verzögert zudem schnell.“ (“Hurrying back through the woods over a rather bumpy stretch of road, I was reminded of how well a Mercedes rides and handles. A live-axle car could be made to do the latter, but not without scrambling your brains. The W 126 does a marvelous job at both tasks and stopps quickly too.“)

Frankfurter Allgemeine Zeitung, Deutschland, 24. Mai 1986, über den Mercedes-Benz 300 SE: „Einem auf Kurs gesetzten Schiff ähnlich zieht der 300 SE seine Bahn. Bodenunebenheiten schlucken Federn und Dämpfer mit größter Souveränität. Kein anderes Auto macht aus Stahl und Gummi mehr Komfort. Mit dem großen Lenkrad kann man das Auto ganz behutsam in die Kurven setzen, man kann es aber auch vergnügt in Biegungen hineinwerfen. Es macht alles mit. Das Fahrwerk weist ungewöhnlich hohe Sicherheitsreserven auf.“