BMW 331 zostało zaprezentowane zarządowi, rozpoczęciu produkcji sprzeciwił się jednak dyrektor sprzedaży, Hanns Grewenig. Uważał on, że do BMW bardziej pasują duże luksusowe pojazdy, których produkcją firma zajmowała się przed wybuchem wojny. Ostatecznie zlecił on Böningowi i jego ludziom zaprojektowanie samochodu, który stał się później BMW 501BMW – Bavaria's Driving Machines, Norbye, s. 87.
Rozwój BMW 501 było w pełni nową konstrukcją opartą na ramowym podwoziu, w przednim zawieszeniu użyto dwóch ramion w kształcie litery A z drążkami skrętnymi, w tyle zastosowano ruchomy most napędowy z drążkami skrętnymiBMW – Bavaria's Driving Machines, Norbye, s. 88. Kierowanie odbywało się poprzez zębatkowy układ kierowniczyThe Ultimate History of BMW, Noakes, s. 46.
Podstawowym źródłem napędu był silnik R6 OHV M337 o pojemności 2,0 l i mocy maksymalnej 65 KM (48 kW), rozwinięcie przedwojennego M78 używanego w modelu 326.
Mechaniczna skrzynia biegów o czterech przełożeniach nie była zblokowana z silnikiem, umieszczono ją pomiędzy drugą a trzecią poprzecznicą ramy podwozia.