Ως βάση χρησιμοποιείται η Mercedes-AMG CLE 53, όμως οι επεμβάσεις είναι τόσο εκτεταμένες ώστε το τελικό αποτέλεσμα ελάχιστα θυμίζει τη στάνταρ έκδοση παραγωγής. Το αμάξωμα έχει ενισχυθεί και διευρυνθεί κατά 60 χιλιοστά εμπρός και πίσω, ενώ η χρήση ανθρακονημάτων, πολυκαρβονικών κρυστάλλων και πιο ελαφρών εξαρτημάτων έχει περιορίσει το βάρος κατά περίπου 170 κιλά στα συνολικά 1.895 κιλά.

Κάτω από το καπό βρίσκεται ο αναβαθμισμένος M177 EVO, ένας bi-turbo V8 3.982 κυβικών με στρόφαλο flat-plane. Αποδίδει 646 ίππους και 850 Nm, ενώ υπάρχει και ηλεκτρικό σύστημα 48 Volt με ενσωματωμένη μίζα-γεννήτρια, που προσθέτει όταν χρειαστεί έως 23 ίππους και 205 Nm.

Για να διατηρείται η θερμοκρασία υπό έλεγχο ακόμη και σε χρήση πίστας, έχουν προβλεφθεί τρία ανεξάρτητα κυκλώματα ψύξης. Η ειδικά εξελιγμένη εξάτμιση διαθέτει τμήματα από τιτάνιο και έχει προκύψει σε συνεργασία με την Akrapovic.

Σε αντίθεση με την τετρακίνητη CLE 53, η CLE 646 είναι αποκλειστικά πισωκίνητη. Το κιβώτιο είναι το αυτόματο AMG SPEEDSHIFT TCT 9G και υπάρχει και ηλεκτρονικά ελεγχόμενου μπλοκέ διαφορικό. Για χρήση σε πίστα, το AMG Traction Control επιτρέπει τη ρύθμιση της ολίσθησης σε εννέα επίπεδα.

Η επιτάχυνση από στάση έως τα 100 χλμ./ώρα ολοκληρώνεται σε 3,9 δεύτερα, τα 200 χλμ./ώρα έρχονται σε 11,4 δεύτερα και η τελική ταχύτητα φτάνει τα 310 χλμ./ώρα.

Η ανάρτηση εξελίχθηκε σε συνεργασία με την KW και διαθέτει αμορτισέρ με τέσσερις ανεξάρτητες ρυθμίσεις. Τα κεραμικά φρένα έχουν δίσκους 420x40 χιλιοστών με εξαπίστονες δαγκάνες μπροστά και 360x32 πίσω. Οι σφυρήλατες ζάντες των 20 ιντσών συνδυάζονται με ελαστικά 305/30 εμπρός και 335/30 πίσω.

Το αεροδυναμικό πακέτο περιλαμβάνει εμπρός splitter που ρυθμίζεται στις θέσεις Street και Race, επίπεδο δάπεδο και χειροκίνητα ρυθμιζόμενη πίσω πτέρυγα. Στην τελική ταχύτητα παράγονται περισσότερα από 250 κιλά κάθετης δύναμης. Στο εσωτερικό έχουν αφαιρεθεί τα πίσω καθίσματα, μεγάλο μέρος της ηχομόνωσης και αρκετά συστήματα άνεσης, ενώ υπάρχουν αγωνιστικά καθίσματα και κλωβός ασφαλείας.