Официальная презентация автомобилей второго поколения Cadillac CTS состоялась на автосалоне в Детройте (NAIAS) в январе 2007 года, а продажа автомобилей началась несколько месяцев спустя, в сентябре. Общая концепция дизайна не изменилась. Сохранилось прежнее шасси, но увеличилась колёсная база. Кузов стал немного длиннее и шире своего предшественника, но имел аналогичный дизайн. Двигатель V6 объемом 2800 см3 использовался в экспортных версиях, а базовый двигатель на американском рынке - 3600 см3. Оба двигателя были модернизированы и показали улучшенные эксплуатационные характеристики. Базовые модели оснащались задним приводом, но также был доступен и полный привод. В 2008 году на автосалоне в Детройте был показан прототип кузова-купе, но его производство началось только во второй половине 2010 года. Второй новинкой в то время была спортивная версия CTS-V, оснащенная мощным двигателем V8 с наддувом от автомобиля Chevrolet Corvette. Осенью 2009 года на рынке появилась версия с пятидверным кузовом, получившая название Sport Wagon. Также в 2009 г. был представлен новый двигатель V6 меньшего размера с непосредственным впрыском бензина и объемом 3.0 дм3.
В 2013 году было завершено производство автомобилей семейства CTS второго поколения.