El modelo de producción más parecido a una moto de competición de la historia. La Panigale V4 R puede alcanzar 240.5 hp en configuración de circuito cerrado con la combinación del escape de competición completo y el aceite Shell específico. El escape de competición está destinado a los vehículos que se utilizan únicamente en circuitos cerrados La versión de carretera de la Panigale V4 R se somete a un importante desarrollo, gracias al cual mejora en todas las áreas para ser más rápida en la pista y aún más orientada a la competencia.  

El corazón de la Panigale V4 R es el nuevo Desmosedici Stradale R de 998 cc, un motor capaz de alcanzar un régimen máximo de 16 500 rpm en sexta velocidad (16 000 en el resto de relaciones) y de entregar una potencia máxima de 207 CV a 13 500 rpm, valores de absoluta referencia en el panorama de las motos superdeportivas de la misma cilindrada.

La peculiaridad reside en el encendido cercano de los dos cilindros del lado izquierdo y luego de los del lado derecho. En el diagrama de distribución de esta motocicleta, los encendidos se sitúan a 0°, 90°, 290° y 380°. Este particular orden de encendido da a la V4 un sonido bastante similar al de la Desmosedici MotoGP.