Porsche Cayenne второго поколения с внутренним индексом 958 был представлен в 2010 г. на Женевском автосалоне. В сравнении с предшественником он стал длиннее и ниже, но вес снизился на целых 250 кг, в основном за счёт использования алюминиевых и магниевых компонентов, что отразилось на динамике и расходе топлива. В его дизайне было много общего с моделью Panamera, с которой он разделял и линейку силовых агрегатов. В 2010-2014 гг. это были бензиновые моторы с прямым впрыском: 3.5-литровый VR6 мощностью 300 л.с. для базовой версии, 4.8-литровый V8 мощностью 400 л.с. для Cayenne S, 4.8-литровый V8 мощностью 420 л.с. для Cayenne GTS, 4.8-литровый битурбированный V8 мощностью 500 л.с. для Cayenne Turbo и 4.8-литровый битурбированный V8 мощностью 550 л.с. для Cayenne Turbo S. Предлагались также 3-литровый двигатель V6 TDI мощностью 245 л.с. для Cayenne Diesel и 3-литровый бензиновый V6 в паре с электромотором суммарной мощностью 333 л.с. для Cayenne S Hybrid. Во всех модификациях, кроме базовой, в стандартную комплектацию входила 8-ступенчатая автоматическая коробка передач Tiptronic S с функцией ручного переключения и автоматической системой старт/стоп.

Porsche Cayenne 958 был основан на платформе люксового внедорожника Volkswagen Touareg с удлинённой до 2895 мм колёсной базой. Двигатель у него располагался продольно спереди. Бензиновые модификации оснащались системой автоматически подключаемого полного привода с электромеханической вискомуфтой, а дизельная и гибридная имели постоянный полный привод с межосевым дифференциалом Torsen. Полностью независимая подвеска на поперечных рычагах могла быть оборудована системой электронного управления Posche Active Suspension Management (PASM), пневмоэлементами с регулировкой клиренса и системой динамического контроля шасси (PDCC) с активными стабилизаторами поперечной устойчивости. Уже в базовой комплектации Porsche Cayenne имел двухзонный климат-контроль, круиз-контроль, кожаный салон, электрически регулируемые в 8-ми позициях передние сиденья, регулируемый по наклону и высоте многофункциональный руль, систему курсовой устойчивости PSM и 7-дюймовый сенсорный дисплей с навигацией. За доплату предлагались камера заднего вида, система бесключевого доступа, 4-зонный климат-контроль, подогрев задних сидений, навигация с голосовым управлением и премиум-аудиосистема Burmeister мощностью 1000 Вт с 16-ю динамиками и 6-дисковым CD-чейнджером.

В 2015-2017 гг. Porsche Cayenne выпускался в немного модернизированном виде с новым набором двигателей. 3.5-литровый VR6 мощностью 300 л.с. на базовой версии остался без изменений. Cayenne S получил более экономичный 3.6-литровый битурбированный мотор V6 мощностью 420 л.с. Такой же двигатель стоял и на Cayenne GTS, но его мощность составляла 440 л.с. 4.8-литровый V8 с двумя турбонаддувами теперь развивал 520 л.с. для Cayenne Turbo и 570 л.с. для Cayenne Turbo S. Cayenne Diesel оснащался 3-литровым мотором V6 TDI мощностью 245 л.с., а Cayenne S Diesel - 4.1-литровым V8 TDI мощностью 385 л.с. Завершал гамму Posche Cayenne S E-Hybrid, на котором 3-литровый бензиновый двигатель V6 был соединён с электромотором по схеме Plug-in hybrid. Суммарная мощность составляла 416 л.с., запас хода на электротяге - от 18 до 36 км.