Поколение K5-K6 (2005-2006) стало революционным для GSX-R1000. Двигатель был полностью переработан: объём увеличен до 999 см³ за счёт увеличения диаметра цилиндра до 73,4 мм, добавлены титановые клапаны и облегчённые поршни. Мощность выросла до 178 л.с., крутящий момент - до 107,4 Нм.
Рама стала полностью новой, колёсная база сократилась до 1405 мм, общая длина уменьшилась на 41 мм. Сухой вес снизился до 166 кг. Тормоза получили 310-мм диски с радиальными 4-поршневыми суппортами Tokico. Появилось проскальзывающее сцепление.
Именно на этом поколении Трой Корсер выиграл чемпионат World Superbike в 2005 году. Многие считают K5 лучшим GSX-R1000 всех времён.