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El motor del 458 Italia es un 8 cilindros en V de 90 grados con cárter seco, con una cilindrada de 4499 cm³, instalado en posición central-trasera longitudinal. Su arquitectura, de concepción completamente nueva, se ha diseñado para alcanzar regímenes de giro de hasta 9.000 rpm, desconocidos hasta ahora en un vehículo de calle, con una cilindrada de esta capacidad y con una relación de compresión de 12,5:1 y una potencia máxima de 570 CV. Esto se traduce en una potencia específica de 127 CV/l, jamás conseguida por un vehículo de calle con motor atmosférico. Los excelentes valores de par se manifiestan con una fluidez y rapidez de respuesta del vehículo en todos los regímenes de uso, con un par de 540 Nm a 6000 rpm (el par específico es de 120 Nm/l, otro récord) disponible al 80% ya a 3250 vueltas.

El diseño coordinado de cada componente y la aplicación de las innovaciones derivadas del mundo de las carreras, especialmente de la Fórmula 1, se han orientado a la consecución de objetivos de rendimiento fluidodinámico, y por lo tanto, de prestaciones y de consumo, respetando las normas más exigentes relativas a las emisiones.

Se ha reducido la altura de compresión de los pistones, como en los motores de competición, y el espesor de los anillos de estanqueidad, lo que reduce al mínimo las pérdidas por roce entre pistón y camisa del pistón. Por este mismo motivo, se le ha aplicado a la falda del pistón un revestimiento de grafito. El diseño de la bomba de alimentación es de geometría variable para reducir la absorción de potencia necesaria a regímenes de giro elevados. Por lo tanto, la reducción de la cilindrada de la bomba determina un aumento de potencia en el cigüeñal sin variar el uso de combustible. Como es tradición para los motores Ferrari, el nuevo V8 se caracteriza por un sistema de distribución variable para la admisión y para el escape.
El colector de admisión, realizado en aluminio, se ha aligerado aún más gracias a la disminución del espesor de las paredes y presenta un sistema de variación de la geometría concebido para maximizar el rendimiento volumétrico al variar la velocidad de giro del motor.

A pesar del aumento de cilindrada y de potencia, gracias a la reducción del rozamiento interno entre los distintos componentes, se han reducido significativamente los valores de consumo. El bloque motor está formado por cuatro alojamientos aislados de los vanos de caída de aceite delantero y trasero, conectados en dos grupos de cuatro cilindros cada uno para optimizar la capacidad de extracción del lubricante y generar una depresión elevada, equivalente a unos 800 mbar. Esta intervención hace que el mecanismo de levas funcione en una atmósfera enrarecida, con la consiguiente reducción del rozamiento derivado de la rotación del cigüeñal y de las pérdidas de bombeo generadas por el movimiento de los pistones. El uso de la inyección directa de gasolina GDI, con el sistema Split Injection, mejora el rendimiento de la combustión, aumentando el par a bajo régimen (hasta +5%) y garantizando fluidez incluso en condiciones de cargas bajas para el motor. Una elevada presión de inyección (200 bar) garantiza una adecuada pulverización del combustible y una mezcla y combustión óptimas hasta 9.000 rpm. Esta característica también se traduce en un aumento de las prestaciones y en una reducción del consumo.

Para optimizar el rendimiento del sistema y asegurar la máxima emoción durante la conducción, el sistema de escape ha sido diseñado con un "conjunto de silenciadores" para garantizar el sonido característico de un 8 cilindros Ferrari y, al mismo tiempo, asegurar un óptimo nivel de confort acústico.
En esta área también se ha prestado gran atención a la reducción de los pesos. Fijando el catalizador al escape central por medio de un elemento flexible para reducir las vibraciones, ha sido posible disminuir el espesor de las paredes. La eliminación del pre-catalizador ha tenido un efecto positivo en términos de peso y además ha disminuido el nivel de contrapresión, respetando los límites relativos a las emisiones, determinados por la normativa Euro 5 y Lev2. El sonido del motor es redondo y se percibe claro y potente, tanto dentro del habitáculo como fuera.

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