Druga generacja samochodów S 80 debiutowała w marcu 2006 roku podczas Salonu Samochodowego w Genewie, natomiast ich sprzedaż prowadzono od czerwca tegoż roku.

W konstrukcji samochodu wykorzystano tą samą platformę, na której powstały największe modele europejskiego Forda. W stosunku do poprzednika rozstaw osi zwiększył się o ponad 4 cm. Nowe nadwozie o zwiększonych wymiarach zachowało charakterystyczne dla marki Volvo cechy stylistyczne. Wzbogacono wyposażenie w zakresie komfortu i bezpieczeństwa.

Zmodyfikowano również gamę silników. Wprowadzono zmodyfikowane silniki Diesla oraz nowe silniki benzynowe o większej pojemności skokowej, w tym sześciocylindrowy rzędowy 3,2 dm3 oraz V8 o pojemności 4,4 dm3. Modele podstawowe mają napęd na koła przednie, ale programie produkcji były również samochody z napędem obu osi (AWD).

Jesienią 2009 roku przeprowadzono niewielką modernizację typu face-lifting oraz zastosowano zmodyfikowane silniki Diesla o podwyższonych osiągach. Nieznaczne zmienił się wlot powietrza i przedni zderzak, a także powiększono znak firmowy. Na potrzeby rynku chińskiego uruchomiono produkcję wersji wydłużonej o 140 mm.

Końcem 2010 roku wycofano z oferty wersję z silnikiem V8. Drugą większą modyfikację przeprowadzono w maju 2011 roku. Zmiany objęły wnętrze pojazdu, w tym kierownicę, a także zewnętrzne lusterka. Wprowadzono również wzmocnione silniki wersji T4, D2 i D5.

W połowie 2013 roku samochody rodziny S80 poddano drugiemu face-liftingowi. Tym razem zmiany zewnętrzne były bardziej widoczne. Samochody otrzymały praktycznie nową przednią część nadwozia oraz zmienione lampy tylne.

Zakończenie produkcji samochodów drugiej generacji nastąpiło w marcu 2016 roku. ogółem wykonano ponad 184,6 tys. tych pojazdów.

Następcą tych samochodów stała się nowa rodzina pojazdów, do oznaczenia której wykorzystano "stary" symbol S 90.