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Bereits der optische Auftritt weist auf das hohe fahrdynamische Potenzial des Sportmodells hin. Ein Leitblech in der Frontschürze, dessen Design sich an den Frontflügeln der Renault Formel 1-Rennwagen anlehnt, markante LED-Tagfahrleuchten, die verbreiterte Spur, 18-Zoll-Räder der Dimension 225/40 und die um zehn Millimeter abgesenkte Karosserie sorgen für ein betont sportliches Profil.
Für den Einsatz im Mégane Coupé Renault Sport entwickelten die Spezialisten von Renault Sport den aus dem Vorgänger-Modell bekannten 2,0-Liter-Turbobenziner intensiv weiter. Der Vierzylinder mobilisiert in seiner jüngsten Ausbaustufe 184 kW/250 PS bei 5.500 1/min. Das maximale Dreh moment von 340 Nm steht ab 3.000 1/min bereit. Die Renault Sport-Ingenieure erreichten diese exzellenten Werte unter anderem durch eine Steigerung des Ladedrucks von 0,95 auf 1,25 bar, modifizierte Einlasskanäle sowie verstärkte Kolben und Pleuel. Darüber hinaus erhielt der Turbomotor einen neuen Ladeluftkühler und natriumgekühlte Ventile.
In Verbindung mit dem eng abgestuften 6-Gang-Schaltgetriebe garantiert der Vierzylinder souveräne Fahrleistungen auf dem Niveau eines 3,0-Liter-V6-Motors bei deutlich geringerem Verbrauch: Er beschleunigt in 6,1 Sekunden auf 100 km/h und ermöglicht 245 km/h Höchstgeschwindigkeit. Trotz der herausragenden Fahrleistungen beschränkt sich der Kraftstoff konsum auf 8,4 Liter Superbenzin pro 100 Kilometer. Dies entspricht einem CO2-Ausstoss von 195 Gramm pro Kilometer.

Zu den Technik-Highlights zählt außerdem die im Detail weiterentwickelte ISAS-Vorderradaufhängung (Independent Steering Axis System) mit entkoppelter Lenkachse, die 2004 im Vorgängermodell ihr Debüt feierte. Das System gewährt ein Maximum an Lenk präzision und Traktion. Zudem verringert es bei Beschleunigungs­vorgängen spürbar die Einflüsse des Motor drehmoments auf das Fahrverhalten. Vorteil: Auch bei schnellen Spurts bekommt das frontgetriebene Mégane Coupé Renault Sport seine Leistung problemlos auf die Straße und erzeugt dabei auch keine lästigen Antriebseinflüsse in der Lenkung.

Eine weitere Innovation ist das serienmäßige Renault Sport Dynamic Management. Es erlaubt die Veränderung der Fahrzeugcharakteristik durch Betätigen des ESP-Schalters.
Ein kurzer Druck auf den Taster bedeutet den Wechsel vom Normal- in den Sportmodus. Für eine besonders dynamische Fahrweise greift das Stabilitäts­programm in diesem Fall deutlich später ein. Die Traktionskontrolle erlaubt zum schnellen Beschleunigen mehr Schlupf an den angetriebenen Vorderrädern, ohne automatisch abzubremsen und das Motor drehmoment zu reduzieren. Zudem greift im Sportmodus das serienmäßige Antiblockiersystem (ABS) erst später ein, während das elektronische Gaspedal noch schneller auf Fahrerbefehle anspricht. Drückt der Fahrer länger auf den ESP-Taster, kann er das System auch komplett deaktivieren – beispielsweise für den Einsatz auf einer abgesperrten Rennstrecke. Die Traktions kontrolle schaltet sich dabei ebenfalls aus. Passionierte Sportfahrer können das Cup-Paket ordern. Die Option umfasst härtere Dämpfer und Federn, Räder im Format 235/40 R 18 und – als wichtigstes Detail – die mechanische Differenzialsperre an der Vorderachse. Diese sorgt für optimale Traktion und erleichtert das frühzeitige Herausbeschleunigen aus Kurven, indem sie bis zu 35 Prozent des überschüssigen Drehmoments auf das Rad mit der besseren Bodenhaftung verteilt und auf diese Weise das Durch drehen des kurveninneren Antriebsrads verhindert.
Auf der Liste der Optionen findet sich als Premiere in der Kompaktklasse der R.S. Monitor. Die Anzeige im Radiodisplay gibt Auskunft über die aktuell abgerufene Motorleistung, das momentane Drehmoment, die Drossel klappenstellung oder den optimalen Gang. Darüber hinaus steht eine Stoppuhr mit Speicherfunktion für Beschleunigungs- und Rundenzeiten zur Verfügung.