После восьми лет производства, в ноябре 2002 года (модельный год 2003), на смену оригинальному А8, известному также как D2, пришла D3. Целью новой разработки было сделать А8 более комфортным, сохранив при этом его проверенные на практике сильные стороны. Впервые автомобиль был официально представлен общественности на Mondial de l'Automobile 2002. Производство началось в августе 2002 г. У стилистов и конструкторов Audi было достаточно времени, чтобы создать совершенно новый автомобиль. Это уже не классический седан в традиционной форме, который, как ни крути, понравился поклонникам бренда – и не только. Однако это не означает, что новая идея немецкого производителя для флагманского седана была неудачной. Наоборот.
Автомобиль увлекал, прежде всего, свежестью и спортивным характером, который был более ярко подчеркнут, чем у предшественника. Силуэт нового A8 более агрессивен в основном благодаря слегка клиновидной форме. Это особенно заметно, если смотреть на машину со стороны. Нижняя линия стекол поднимается к задней части, а задняя часть автомобиля не так резко обозначена, как у предыдущего поколения - она плавно переходит в аккуратный багажник. Audi A8 после 2002 года стала более округлой. Изменились и пропорции кузова. Передняя часть автомобиля стала длиннее, а багажное отделение заметно короче - весь пассажирский салон оптически сдвинут назад. Это ещё больше добавило A8 агрессивности. Но при этом дизайнеры не забыли и про то, что это представительский класс, поэтому автомобиль выглядит и агрессивно и элегантно. Интерьер сильно изменился. Традиционная концепция приборной панели с широкой центральной консолью была отброшена в пользу центрального туннеля, где все необходимые кнопки и ручки расположены рядом с рычагом переключения передач, а панель управления MMI находится на переднем плане. Эта система является инновацией во втором поколении A8. Это ответ Audi на аналогичное решение, используемое BMW, называемое iDrive. Ингольштадтская версия, однако, проще и интуитивно понятнее в использовании, чем версия баварской фирмы. С помощью системы MMI водитель может управлять большинством функций, а информация отображается на выдвижном дисплее на приборной панели. Несмотря на то, что интерьер совершенно новый, качество и эргономика остаются на самом высоком уровне.
В Audi A8 D3 использовались самые современные и технологичные двигатели того времени. Самый слабый 2.8-литровый бензиновый двигатель V6 с прямым впрыском выдает 210 л.с. и обеспечивает приличную производительность. 3.0-литровый двигатель, также шестицилиндровый, развивает 220 л.с., а 3.2-литровый V6 - 260 л.с. Но, всё же выбирая автомобиль представительского класса отдавать предпочтение двигателю V8. Самый маленький имеет емкость 3.7 литра и мощность 280 л.с. Агрегат 4.2 выдает 335 л.с., а двигатель того же объёма, но с непосредственным впрыском топлива FSI, - 350 л.с. Самым мощным двигателем, используемым в Audi A8 второго поколения, является W12 объемом 6,0 л и мощностью до 450 л.с. Не обошлось конечно же и без дизельных двигателей. Первым идёт 3.0 TDI (V6) мощностью в 233 л.с. Блоки V8 оснащены системой впрыска Common Rail и имеют емкость 4,0 л и 4,2 л и мощность 275 и 326 л. с. соответственно.
Двигатели могут быть соединены с автоматической коробкой передач Tiptronic или бесступенчатой коробкой передач Multitronic. Полный привод Quattro был доступен в конфигурации с агрегатами V8 и W12. В 2005 был произведён незначительный феслифтинг, который заключался в изменении решётки радиатора, которая стала цельной и благодаря которой Audi|Автомобили Audi (Ауди)]автомобили Audi[/url] легко узнаются. Очередной рестайлинг состоялся в сентябре 2007 года. Среди нововведений: новые задние фары, измененные противотуманные фары, измененные боковые зеркала с интегрированными поворотниками и новый начального уровня бензиновый двигатель с рабочим объемом 2.8 л (2.8 FSIe).