Lexus GS 350 AWD оснащен двигателем V6 объемом 3 456 см3 (2GR-FSE). Конструктивные особенности 307-сильного двигателя — система непосредственного впрыска топлива D-4S и электронная система изменения фаз газораспределения Dual VVT-i. Мощный двигатель сочетается с 6-ступенчатой автоматической коробкой передач Super ECT, в которой используется адаптивная система управления с искусственным интеллектом (AI-SHIFT). Система AI-SHIFT выбирает схему переключения передач в зависимости от условий движения и стиля вождения.
Модель GS350 AWD оснащена системой постоянного полного привода с тремя дифференциалами. В качестве центрального применён планетарный дифференциал повышенного трения фрикционного типа с электронным управлением.
В передней подвеске полноприводной модели GS 350 используются высоко расположенные двойные поперечные рычаги и легкосплавные кованые элементы. Инженеры изменили положение рулевого механизма с усилителем, увеличили угол поворота колес и доработали сайлент-блоки. В регулируемую адаптивную подвеску (AVS) включена система контроля положения кузова. Система устраняет крены кузова в поворотах, обеспечивая пассажирам высочайший уровень комфорта.
Благодаря сочетанию системы полного привода и фирменной интегрированной системы управления динамикой автомобиля (VDIM) Lexus GS 350 AWD отличается лучшими среди автомобилей данного класса показателями сцепления с дорожным полотном и курсовой устойчивости при прохождении поворотов с ускорением.