1969-ben készült el a W116-os formaterve, melyen méretarányos modellek segítségével végezték el a szükséges finomításokat. A karosszériát oldalütközésre is felkészítették, a 96 literes üzemanyagtartályt a hátsó tengely felett helyezték el. A differenciálművet és a féltengelyeket egy segédkerethez rögzítették

A méretskála helyett a német nyelv határozta meg, hogy a Mercedes kínálatának mindenkori csúcsmodellje a Sonderklasse, vagyis különleges osztály megjelölést viseli. A cég luxusautói már generációkra visszamenően viselték az S betűjelet, de a mai napig használt S-osztály titulust az 1972 szeptemberében leleplezett W116-ossal vezették be. Az 1966-ban kezdődött fejlesztés során a cél a lehető legnagyobb kényelem és passzív biztonság elérése volt, ezt a kor színvonalát meghaladó műszaki megoldásokkal érték el.

A habosított műanyaggal borított műszerfal, a gombok, a kapcsolók és a kormány is a biztonságot szolgálták. A közel 5 méter hosszú limuzin 530 literes csomagtartót rejtett, igaz, a bőröndöket magasra kellett emelni a ki-bepakolásnál. 1978 őszétől a világon elsőként a Bosch-sal közösen fejlesztett elektronikus blokkolásgátló is elérhetővé vált az S-osztályhoz

Nagy előrelépést jelentő formai újításai ugyan már 1971-ben megjelentek az R107-es SL-en, a legendás Friedrich Geiger utolsó, Mercedes számára tervezett autója volt az első limuzin, amely a korábbinál laposabb és sportosabb stílust követte. A fekvő formátumú fényszórókkal és a bekoszolódás esetén is jól látható, redőzött hátsó lámpákkal, az egy irányba néző ablaktörlőkkel, a fixházas, belülről állítható (jobb oldalon feláras) tükrökkel, valamint a szélcsatornában csiszolgatott, 0,41-es légellenállási együtthatóval büszkélkedő karosszéria a 90-es évek közepéig meghatározta a Mercedesek egyéniségét.

Az M116-os V8-as benzines 3,5 literes változatát 1969 és 1980 között kínálta a Mercedes. A világ első turbódízele az USA flottafogyasztásra vonatkozó előírásai miatt került bele az S-osztályba 1978-ban

Ütközés esetén minden elődjénél jobban megvédte az utasokat. A korábbinál merevebb utascellán, a megerősített oszlopokon és tetőkereten, illetve a fokozott oldalvédelmen túl a gyűrődési zónák garantálták a sérülések kockázatának csökkentését, de a hátsó tengely felett elhelyezett üzemanyagtartály, a puha anyaggal bevont műszerfal és az SL-ből ismerős, négyküllős biztonsági kormány a formatervezett gombokkal és kapcsolókkal együtt szintén fontos újításnak számított. Az oldalablakok krómozott pereme nem csak szép, hanem praktikus is volt, a W114/115-öshöz hasonlóan megakadályozta, hogy a szél ráfújja a vizet az oldalsó üvegekre. Szintén az „állólámpásból” származott a kissé félrevezetően átlós lengőtengelynek elnevezett ferde háromszöglengőkaros hátsó felfüggesztés, az első, kettős keresztlengőkaros futómű azonban a C 111-es tanulmányautóban tűnt fel, és a W116-osban került először szériagyártásba.

A 6.9-es csúcsmodell csak nyújtott tengelytávval (SEL) készült, a 10 cm-es toldás a hátsó lábteret növelte. A szaklapok ódákat zengtek a 6.9-esről, a hivatalos, 225 km/órás végsebességhez képest a német Auto Motor und Sport 234, a svájci Auto Revue 237 km/órát hozott ki a csúcsmodellből

A premier után a kettős felülfekvő vezérműtengelyes (DOHC) hathengeres benzinesekkel (280 S és 280 SE), illetve a felülfekvő vezérműtengelyes (OHC) V8-assal (350 SE) lehetett megvásárolni az újdonságot. A Solex karburátoros alapváltozatot 2,8 literes, 160 lóerős motor mozgatta, de a Bosch D-Jetronic befecskendező segítségével a 185 lóerőt is elérte a legkisebb blokk teljesítménye. A 3,5 literes V8-asból befecskendezővel 200 lóerőt hoztak ki, az 1973-ban bevezetett nagyobbik, 4,5 literesből pedig 225-öt. Csekély erőfölénye nem feltétlenül lett volna elég az 1974-es Év Autója cím elnyeréséhez, a speciális nyomaték-, illetve fékerőelosztásra képes, felárért nyújtott tengelytávval (SEL) is választható csúcsmodell azonban annyi technikai újítást vonultatott fel, hogy a Fiat X1/9-est és a Honda Civicet is maga mögé utasította, mindezt az olajválság idején! A legnagyobb dobásra viszont 1975-ig kellett várni, akkorra készültek el Stuttgartban az előd, W108/109-es 300 SEL 6.3-as méltó utódjával, a 450 SEL 6.9-essel.

Az említett motor továbbfejlesztése során nem csak a lökettérfogatot növelték meg, K-Jetronic befecskendezésre, és a versenyautók kiváltságának számító szárazkarteres kenésre váltottak. 286 lóerőt és 549 Nm nyomatékot hoztak ki belőle a mérnökök, a 3 fokozatú automatikus váltóval felszerelt, 1860 kg tömegű luxuslimuzin 7,4 másodperc alatt gyorsult 0-ról 100 km/órára, végsebessége a német autópályán elérte a 225 km/órát. A légrugózást a Mercedesben először alkalmazott, Citroën-féle hidropneumatikus felfüggesztés váltotta fel, és olyan, akkoriban drága extrákkal hagyta el a gyárat, mint a velúr kárpitozás, a légkondicionáló vagy a központi zár, mindezek ellenére kívülről a típusjelzésen kívül csak a szélesebb kerekről lehetett beazonosítani. Ez nem akadályozta meg azt a 7380 vevőt a megvásárlásában, akik a gyártás 4,5 éve alatt hajlandóak voltak kifizetni érte 69 930 márkát, egy 350 SE árának több mint a dupláját. Sikeréhez hozzájárult a szaksajtó is, sokan a világ legjobb autójának tartották, de magát a W116-os szériát is igazi mérföldkőként tartják számon, így érthető, hogy 1980 szeptemberéig összesen 473 035 példány talált gazdára.