Die im September 2007 auf der IAA in Frankfurt vorgestellte Studie C5 Airscape gab einen Ausblick auf die nächste Generation des C5. Die als Cabriolet ausgelegte Studie wurde jedoch nicht in die Serie übernommen.
Die Markteinführung erfolgte im April 2008. Die fünftürige Fließhecklimousine wurde durch ein viertüriges Stufenheckmodell ersetzt. Die Kombivariante wurde beibehalten, doch statt unter der Bezeichnung Break firmierte sie nunmehr unter dem Namen Tourer. Neu war auch, dass die Käufer erstmals die Wahl zwischen zwei unterschiedlichen Federungssystemen hatten – zum einen einer konventionellen Federung, zum anderen der für Citroën typischen Hydractive-3+-Federung.
Im Oktober 2010 wurde der C5 leicht überarbeitet.
Sowohl Limousine als auch Kombi erhielten Frontscheinwerfer mit LED-Tagfahrlicht anstatt der zuvor eingesetzten Glühlampen und die bislang hellrot gefärbten Rückfahrstrahler der Heckleuchten im LED-Design bekamen klare Abdeckungen. Außerdem wurden ein neuer Basis-Benzinmotor mit 1,6 Litern Hubraum und einer Leistung von 88 kW sowie die zwei neue Dieselvarianten 1,6 l HDi und 82 kW als auch ein 2,2 l HDi mit 150 kW eingeführt.
Im Juli 2012 wurden der Doppelwinkel an der Fahrzeugfront, am Heck sowie am Lenkrad mit rundlicheren Formen an das aktuelle Citroën-Logo angepasst.
Die für das Fahrzeug bislang angebotenen Navigationssysteme MyWay und NaviDrive3D wurden durch das System eMyWay als einzige Option ersetzt.
Im April 2014 kam zudem eine höhergelegte Variante unter dem Namen C5 CrossTourer auf dem Markt. Es ist ein Kombi mit der Optik eines Offroaders, ähnlich dem aus dem PSA-Konzern stammenden Peugeot 508 RXH, jedoch ohne Allradantrieb. Er war mit einem 140, 163 oder 204 PS leistenden Dieselmotor erhältlich. Im Juli 2015 wurden die Dieselmotoren auf die Euro-6-Norm umgestellt und leisteten als BlueHDi 150 (mit Schaltgetriebe) bzw. 180 PS (mit Automatikgetriebe).
Im Mai 2017 wurde die Produktion der zweiten Generation im französischen Rennes eingestellt. Für den chinesischen Markt wird sie in überarbeiteter Form von Dongfeng in Wuhan weiterhin produziert.
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