Samochody X5 drugiej generacji trafiły na rynek w listopadzie 2006 roku. Koncepcja ogólna nie uległa zmianie, ale nowe nadwozie było większe od poprzednika. Rozstaw osi został powiększony o ponad 11 cm, a długość całkowita o niemal 20 cm. W powiększonym wnętrzu mieścił się dodatkowy rząd siedzeń (jako opcja) dla dwóch osób.

Od początku produkcji oferowano trzy wersje silnikowe. Jednostki benzynowe miały pojemność skokową 3,0 i 4,4 dm3, natomiast turbodoładowany silnik Diesla - 3,0 dm3. Stały napęd obu osi odbywał się poprzez sześciobiegowe skrzynie przekładniowe i zmodernizowany system rozdziału napędu o nazwie xDrive. W 2008 roku zmieniono oznaczenia poszczególnych modeli.

W połowie 2009 roku gamę modeli X5 rozszerzono o bardzo dynamiczną wersję M (Motorsport).

W czerwcu 2010 roku samochody X5 poddane zostały modernizacji typu face-lifting, którą połączono z istotnymi zmianami w zespołach mechanicznych. Najbardziej widoczna jest zmiana obu zderzaków. Mają inne kształty, a w lampach zastosowano diody LED.

Równocześnie wprowadzono odnowioną gamę silników i zmieniono oznaczenia poszczególnych wersji. Zmodernizowane silniki mają wyższe osiągi i są bardziej ekonomiczne. Dotychczasowe automatyczne skrzynie przekładniowe o sześciu biegach zostały zastąpione nowymi mającymi osiem biegów.

Zakończenie produkcji samochodów drugiej generacji nastąpiło w połowie 2013 roku.