Im Jahr 2010 von Grund auf neu gestaltet, verliert der Cayenne II (Werkscode 92A) durch den konsequenten Einsatz von Aluminium rund 180 kg Gewicht im Vergleich zu seinem Vorgänger. Er nutzt weiterhin die gemeinsame Plattform mit dem Volkswagen Touareg, gewinnt jedoch mit dem serienmäßigen PASM (Porsche Active Suspension Management) bei den S-Modellen spürbar an Fahrpräzision. Die Hybridvariante (V6 3.0 Kompressor mit Elektromotor, 380 PS) läutet die Elektrifizierung bei Porsche ein.
Das Motorenangebot erstreckt sich über den V6 3.6 (300 PS), den V8 4.8 S (400 PS), den V8 4.8 Turbo (500 PS) bis hin zum Turbo S mit 550 PS. Das Facelift im Jahr 2014 bringt optische Verfeinerungen, den überarbeiteten V6 3.0 Diesel mit 245 PS sowie den sportlichen GTS V8 4.8 mit 430 PS.