Det sades att kompressionständningsmotorn var upp till 30 % mer bränsleeffektiv än dess nuvarande motorer.
Den planerar att sälja bilar med den nya motorn från 2019.
Förra veckan, Mazda sade att det skulle arbeta med Toyota att utveckla elektrisk fordonsteknik och bygga en $ 1,6 miljarder fabrik i USA.
Mazda forsknings- och utvecklingschef Kiyoshi Fujiwara sade att det var absolut nödvändigt för företaget att driva "ideal förbränningsmotor".
"Elektrifiering är nödvändigt men... förbränningsmotorn bör komma först", sade han.
Mazda sade Skyactiv-X, som det är känt, skulle vara världens första kommersiella bensinmotor att använda kompressionständning.
Teknikgenombrottet sätter företaget före rivaler inklusive Daimler och General Motors som har arbetat med kompressionständning i årtionden.
Enligt Mazda antänds bränsle-luft-blandningen spontant när den komprimeras av kolven i den nya motorn.
Biltillverkaren sade Skyactiv-X kombinerade fördelarna med bensin- och dieselmotorer för att förbättra effektiviteten.
Den har inga planer på att leverera motorn till andra biltillverkare.
Flytten kommer när bilindustrin gör stora investeringar i elteknik som svar på strängare utsläppsnormer runt om i världen.
Förenade kungariket kommer att förbjuda försäljningen av nya bensin- och dieselbilar till 2040 i ett försök att minska luftföroreningarna.
I juli sa Volvo att alla nya modeller kommer att ha en elmotor från 2019. Det kinesiska företaget har som mål att sälja en miljon elbilar till 2025.
Mazda planerar också att införa elteknik i sina bilar från 2019.
I teorin bör en bensinmotor med kompressionständning ha stora fördelar.  Men det är inte lätt att få tekniken att fungera - och några av de största företagen, inklusive General Motors, har redan försökt.
Så varför skulle en relativt liten japansk tillverkare som Mazda lyckas? Dels för att - till skillnad från de riktigt stora spelarna - det inte är rädd för att ta risker. Det har skett tidigare.
Det är den enda vanliga tillverkaren, till exempel, som har fortsatt med roterande motorer i sina bilar. Precis som kompressionständningsmotorer har de teoretiska fördelar, men skapar komplexa tekniska utmaningar.
Mazdas rotation har varit framgångsrik. Företaget vann Le Mans 24 Hours race med det 1991, och den senaste versionen var monterad i sin RX-8 sportbil. Populärt med förare var det tyvärr opålitligt.
Om den nya motorn ska bli framgångsrik måste den vara både tillförlitlig och effektiv. Och Mazda måste kunna övertyga regulatorerna om att bensinmotorer fortfarande har en stark framtid.
Det kan visa sig vara den perfekta stopp-gap, som elbilar utvecklas och laddningsinfrastruktur skapas.
Eller också kan det visa sig vara en lysande idé, som har kommit till stånd bara några år för sent.
Japansk biltillverkare Mazda har utvecklat en effektivare bensinmotor vid en tidpunkt då industrin styr mot elfordon.