Samochód podobnie jak pierwsza generacja powstał na tej samej płycie podłogowej co II generacja Volkswagena Touarega. Cayenne oferowany jest w sześciu wersjach silnikowych. Dostępne są trzy jednostki benzynowe, dwa silniki Diesla oraz wersja hybrydowa z silnikiem benzynowym o mocy 333 KM wspieranym przez 47-konny silnik elektryczny. Napęd przenoszony jest na cztery koła za pośrednictwem 6-biegowej manualnej (tylko silnik 3.6) lub 8-biegowej skrzyni automatycznej Tiptronic S.
W lipcu 2014 roku model Cayenne został poddany delikatnemu liftingowi. Zmiany objęły głównie kształt zderzaków (większe wloty powietrza) oraz pokrywy maski, tylną klapę, oraz reflektory biksenonowe wraz z czteropunktowym oświetleniem LED od jazdy dziennej (standardowo montowane w modelu bazowym i S). W wersji Turbo oświetlenie LED-owej standardowo wyposażone jest w system Porsche Dynamic Light System (PDLS). Końcówki układu wydechowego wbudowano w tylny zderzak. We wnętrzu pojazdu zmieniono m.in. wielofunkcyjną sportową kierownicę z łopatkami zmiany biegów. Benzynowy silnik V8 o pojemności 4.8 l zastąpiony został nowym, podwójnie doładowanym silnikiem V6 o pojemności 3.6 l. Nowa jednostka rozwija moc 420 KM i maksymalny moment obrotowy 550 Nm.