CTS-V оснащен дефорсированным двигателем от спортивного купе Corvette ZR1. Турбированный мотор V8 объемом 6,2 литра развивает мощность 550 л.с. Максимальный крутящий момент достигает 745 Нм.

На выбор будет предлагаться 6-ступенчатая механическая трансмиссия либо 6-ступенчатый автомат с подрулевыми переключателями.

На американском рынке Cadillac CTS-V станет прямым конкурентом 507-сильного BMW M5 и Audi RS6 с мотором мощностью 580 л.с.