Kawasaki KLX650R (KLX650-D) - обновлённая внедорожная версия, выпускавшаяся с 1996 по 2003 год для рынков Европы и Северной Америки. Модель пришла на смену KLX650-A и получила ряд улучшений. Главным изменением стало увеличение топливного бака до 11.6 литров, что значительно повысило запас хода. Степень сжатия была увеличена до 10.5:1, мощность составляла 50.3 л.с. (37 кВт) при 6500 об/мин.
Сухой вес KLX650-D составлял 129 кг - на 2 кг больше, чем у предшественника, за счёт увеличенного бака и усиленной рамы. Ход задней подвески был уменьшен до 272 мм (против 285 мм у версии A). Колёсная база осталась прежней - 1490 мм. Мотоцикл оснащался кикстартером и системой CDI зажигания.
KLX650-D выпускалась в нескольких подверсиях (D1-D6) с незначительными изменениями по годам. Эта модификация стала самой массовой среди внедорожных версий KLX650.