Oficjalna prezentacja trzeciej generacji samochodów rodziny RAV-4 odbyła się jesienią 2005 roku, podczas Salonu Samochodowego we Frankfurcie n/Menem. Sprzedaż pojazdów rozpoczęto początkiem następnego roku. Zachowano dotychczasową koncepcję ogólną, ale zastosowano nową platformę i ponownie zwiększono wymiary pojazdów. Zrezygnowano natomiast z krótkiej trzydrzwiowej wersji nadwoziowej. Rozstaw osi powiększono o dalsze 7 cm, a długość całkowita wzrosła do niemal 4,4 m. Na niektórych rynkach oferowano wersje bez koła zapasowego, umieszczonego na tylnych drzwiach.

Poza dotychczasowym silnikiem benzynowym stosowano nowy, większy silnik Diesla o pojemności skokowej 2,2 dm3, oferowany w dwóch wersjach o różnych osiągach.

W grudniu 2008 roku przeprowadzono modernizację tych pojazdów. Zmienił się wlot powietrza, tylny zderzak oraz lampy tylne. Od tego czasu wersja benzynowa była dostępna z bezstopniową przekładnią typu CVT (zamiast hydromechanicznej), a bazowa wersja z silnikiem Diesla została wzmocniona i mogła współpracować z automatyczną skrzynią przekładniową.

W listopadzie 2008 roku uruchomiono produkcję tych pojazdów w Kanadzie, z przeznaczeniem na rynki Północnej Ameryki. Powstające tam samochody wyposażone były w inne silniki. Montowano jednostki benzynowe o pojemności 2,4 oraz 3,5 dm3 (V6).

Podczas drugiego face-liftingu, przeprowadzonego w kwietniu 2010 roku zmieniono głównie przednią część nadwozia. Wprowadzono nowy wlot powietrza, zderzak oraz lampy.

Zakończenie produkcji samochodów trzeciej generacji nastąpiło początkiem 2013 roku.