Mercedes-Benz W126 выпускался дольше других поколений S-класса (12 лет) и имел наибольший объём продаж: 892123 ед., в том числе 818063 седанов и 74060 купе. Разработка этой модели началась в разгар топливного кризиса 1973 г., поэтому перед конструкторами во главе с Бруно Сакко стояла задача сократить расход бензина, улучшить управляемость и безопасность. В сравнении с предшественником, Mercedes-Benz W126 получил более аэродинамический кузов (испытанный в аэродинамической трубе) с интегрированными полиуретановыми бамперами и более вместительным салоном. Инновациями в сфере безопасности стали опциональные подушки безопасности для водителя и переднего пассажира, ремни безопасности с преднатяжителями, антипробуксовочная система (TCS) и антиблокировочная тормозная система (ABS). В этом поколении S-класс был доступен с двумя типами кузова: 4-дверный седан (S/SE/SEL) и купе (SEC).

Mercedes-Benz W126 был представлен на Франкфуртском автосалоне 1979 г. Модель со стандартной (2935 мм) колёсной базой предлагалась в версиях 280S, 280SE, 380SE, 500SE и 300SD, с удлинённой (3075 мм) - 280SEL, 380SEL и 500SEL. Линейка двигателей состояла из бензиновых 2.8-литрового рядного 6-цилиндрового (156 л.с. с карбюратором или 185 л.с. с впрыском топлива) и V8 объёмом 3.8 (218 л.с.) и 5.0 л. (240 л.с.), а также турбодизельного 3-литрового 5-цилиндрового (125 л.с.) для американского рынка. После модернизации 1985 г. были введены новые силовые агрегаты: 6-цилиндровые объёмом 2.6 и 3.0, V8 объёмом 4.2 и 5.5 и 6-цилиндровый турбодизель объёмом 3.0. Соответственно модификации назывались 260SE, 300SE/SEL, 420SE/SEL, 560SE/SEL и 300SDL. Автоматическая коробка передач была стандартной во всех 8-цилиндровых версиях. Купе S-класса появилось в 1981 г. и было доступно в вариантах 380SEC, 500SEC, 420SEC и 560SEC.

По технологиям и комфорту Mercedes-Benz W126 был мировым лидером в своём классе. Он оснащался самовыравнивающейся гидропневматической подвеской, автоматической трансмиссией с топографическим датчиком, регулировавшей движение автомобиля по наклонной поверхности, круиз-контролем, полностью автоматической системой климат-контроля с внешним и внутренним датчиками температуры, электрически регулируемыми передними и задними сиденьями с подогревом, рулевой колонкой и сиденьем водителя с памятью, столиками и лампами для чтения для задних пассажиров, освещением дороги в нижней части дверей и другими опциями. Поскольку в 1981 г. прекратилось производство люксовой модели Mercedes-Benz 600, на базе W126 тюнинговые фирмы стали собирать удлинённые лимузины. Кроме того, заводское тюнинг-ателье AMG серийно выпускало модифицированные купе и седаны с 5-литровым двигателем V8 мощностью 340 л.с. В 1989 г. в гонке 24 часа Спа принимали участие два автомобиля AMG 500SEC.