Trzecia generacja miała światowy debiut w kwietniu 2013 roku podczas targów motoryzacyjnych w Nowym Jorku. Pojazd został zbudowany na płycie podłogowej GM Alpha oraz zaprojektowany zgodnie z nowym językiem stylistycznym marki, nazwanym Art & Science. Do napędu pojazdu użyto jednostki w układzie V6 o pojemności 3.6 l i mocy maksymalnej 426 KM. Oprócz bazowej jednostki dostępne są silniki o pojemności 3.6 i mocy 321 KM oraz turbodoładowany silnik rzędowy R4 o pojemności 2 l i mocy 272 KM.
Wraz z rocznikiem modelowym 2015 przeprojektowano delikatnie atrapę chłodnicy, która otrzymała nowe logo marki zaprezentowane wraz z konceptem Elmiraj. Przy okazji do listy wyposażenia dodano m.in. możliwość bezprzewodowego ładowania smartfona, zamówienia routera Wi-Fi oraz systemu utrzymania pasa ruchu.
Podczas targów motoryzacyjnych w Detroit w styczniu 2015 roku zaprezentowana została wersja CTS-V. Samochód ten wyposażony został w 6.2-litrowy silnik wspomagany kompresorem o mocy 640 KM. Wnętrze pojazdu zostało wyposażone m.in. w fotele Recaro, internet Wi-Fi oraz 12-calowy ekran na desce rozdzielczej, a z zewnątrz pojazd wyróżniają m.in. większej od podstawowej wersji wloty powietrza, dodatkowa dolna listwa oraz maska z charakterystycznym garbem.