Trzecia generacja samochodów Cayenne została oficjalnie przedstawiona jesienią 2017 roku podczas Salonu Samochodowego we Frankfurcie n/Menem. Zachowano dotychczasową ogólną koncepcję konstrukcyjną tych pojazdów, ale zdecydowano się na nieznaczny wzrost wymiarów nadwozia. Rozstaw osi nie uległ zmianie, ale długość całkowita wzrosła o 63 mm, szerokość o 44 mm, natomiast wysokość została zmniejszona o 9 mm. Wykorzystano nową modularną platformę MLB, co przyczyniło się do zmniejszenia masy własnej o około 65 kg.

Gama jednostek napędowych składała się tylko z silników benzynowych. Stosowano widlaste turbodoładowane silniki sześcio- i ośmiocylindrowe o pojemności skokowej wynoszącej odpowiednio 3,0 i 4,0 dm³.Napęd na wszystkie koła przekazywany był poprzez automatyczną skrzynię przekładniową o ośmiu biegach.

Wersja hybrydowa (plug-in) pojawiła się w połowie 2018 roku i wykorzystywała silnik V6.

W połowie 2019 roku gama modelowa została powiększona o nadwozie typu coupe w układzie pięciodrzwiowym. Zmiana kształtu tylnej części nadwozia wpłynęła na zmniejszenie pojemności bagażnika. Drugą nowością było wprowadzenie do produkcji mocniejszej wersji hybrydowej z silnikiem V8.

Wersje z oznaczeniem GTS, napędzane silnikiem V8 debiutowały w połowie 2020 roku.