Автомобилът има доста агресивен външен вид, нови са предният спойлер, аеродинамичният пакет, капакът. Отзад няма съществени разлики с нормалния модел. Под капака новият CTS-V разполага с масивен 6,2-литров V8 LSA двигател, който се монтира и в Corvette ZR-1, с механичен компресор, генериращ 550 к.с. и 745 Нм въртящ момент. На разположение ще бъдат две автоматични скоростни кутии, една ръчна Tremec TR6060 с двоен съединител и една полуавтоматична Hydramatic, като последната е нова за CTS-V. Окачването на спортния седан е с контрол за твърдостта (Magnetic Ride Control), като това позволява на CTS-V да завива по много по-агресивен начин. Притежава две опции Tour и Sport, като първата е за нормално каране, а втората респективно за спортно и могат да бъдат сменяни от шофьора по всяко време. Спирачките са масивни, с 6-бутални апарати отпред и 4-бутални отзад, а дисковете са двойновентилирани. Cadillac CTS-V разполага с усъвършенствана система за ограничаване на приплъзването (traction control), както и със система за контрол на динамичното приплъзване (Performance Traction Management), която е заимствана от състезателната версия на CTS-V.