Zapowiedzią drugiej generacji samochodów C3 był model o dodatkowej nazwie Picasso, zaprezentowany jesienią 2008 roku podczas Salonu Samochodowego w Paryżu. Miał całkowicie odmienne nadwozie typu MPV, a jego produkcję rozpoczęto wiosną 2009 roku.

Drugą generację rodziny C3 z podstawowym nadwoziem typu hatch-back zaprezentowano kilka miesięcy później, w połowie 2009 roku, ale na rynek trafiły dopiero wiosną 2010 roku. W stosunku do poprzedniej generacji powiększono wymiary zewnętrzne, ale rozstaw osi zwiększył się tylko o 0,6 cm. Zachowano dotychczasową koncepcję stylistyczną, a jednym z nowych rozwiązań była wydłużona szyba przednia, sięgająca niemal do połowy długości dachu (Visiodrive).

Oprócz znanych z poprzednich modeli silników benzynowych o pojemności skokowej 1,1 i 1,4 dm3 zastosowano nowe, bardziej wysilone jednostki o pojemności 1,4 i 1,6 dm3 opracowane wspólnie z firmą BMW. Zastosowano także dwa turbodoładowane silniki Diesla mające jednakową pojemność wynoszącą 1,6 dm3, ale różniące się osiągami. Napęd na koła przednie był przenoszony poprzez mechaniczne skrzynie biegów, a tylko najsilniejsza wersja benzynowa mogła być łączona ze skrzynią automatyczną.

W 2011 roku nieznacznie zmodyfikowano oba silniki Diesla.

W marcu 2013 roku, podczas Salonu Samochodowego w Genewie oficjalnie przedstawiono zmodernizowaną rodzinę samochodów C3. Modernizacją objęto głównie przednią część nadwozia. W nowym zderzaku zmieniono kształty i umieszczenie wlotów powietrza do komory silnikowej, a między reflektorami umieszczono poziomą listwę zawierającą w środkowej części firmowe logo. Diodowe światła dzienne dodano jako opcję.

Zmianami objęto także gamę jednostek napędowych. Wprowadzono dwa nowe trzycylindrowe silniki benzynowe o pojemności 1,0 oraz 1,2 dm3, a także ponownie wzmocniono silnik Diesla. Nowością były też sześciobiegowe skrzynie przekładniowe. W 2014 roku wprowadzono zmodernizowane silniki Diesla spełniające wymogi normy Euro6.

Zakończenie produkcji samochodów drugiej generacji nastąpiło pod koniec 2016 roku.