Con la Cayenne Diesel, a partire dall'AM 2009 Porsche ha introdotto per la prima volta un modello con motore diesel. Il motore diesel V a 6 cilindri aveva una potenza di 240 CV.
Grazie al serbatoio da 100 litri e al consumo medio di 9,3 litri per 100 chilometri, la Cayenne Diesel ha raggiunto un'autonomia fino a 1.000 chilometri.