Veyron 16.4 er den tredje raskeste produksjonsbilen i verden, rett bak amerikanske SSC Ultimate Aero TT og storebror Veyron Super Sport. Fra 0–100 km/t, med en estimert tid på 2,5 sekunder. Den når 200 og 300 km/t på henholdsvis 7,3 og 16,7 sekunder, 200–300 km/t går unna på 9,4 sekunder. Dette gjør Veyron til den raskest akselererende produksjonsmodellen i historien. Den bruker mer bensin enn noen annen produksjonsbil, med et forbruk på 40,4 l/100 km for bykjøring, noe som resulterer i et CO-utslipp på 960 gram per kilometer. Ved blandet kjøring ligger forbruket på 24,1 l/100 km og et utslipp på 574 gram CO per kilometer. Med full gass bruker den mer enn 125 l/100 km, og vil tømme sin 100 liters bensintank på bare 12,5 minutter. Bilens «hverdags»-toppfart er oppgitt til 377 km/t, og når hastigheten passerer 220 km/t vil hydraulikk senke bilen til en bakkeklaring på omkring 8,9 cm, mens hekkspoileren løftes. Dette er «handling-mode», som bidrar til et marktrykk på 3425 Newton. Sjåføren må så aktivere en lås til venstre for setet for å oppnå topphastigheten på 407 km/t. Teoretisk kan bilen gå fortere enn dette, men den er elektronisk begrenset til 407 km/t for å hindre at dekkene eksploderer. «Toppfart-modus» kan kun skrues på når bilen står stille, før en sjekkliste bestemmer hvorvidt bilen – og sjåføren – er klare for å oppnå toppfarten. Hvis alt er i orden, vil bakkeklaringen, som normalt er 12,4 cm, senkes til 6,6 cm, hekkspoileren senkes helt ned og bilen er klar til å kjøre.