Porsche emplea la denominación GTS para la versión de configuración más deportiva y aspecto más agresivo de la gama Cayenne. No es la de motor más potente, pues este le corresponde a las versiones Turbo. El precio del Cayenne GTS es de 131 833 euros, por lo que es el modelo más caro de la lista de alternativas SUV con potencia y tamaño parecidos. De ellos, es el único cuyo sistema de impulsión sólo cuenta con un motor de gasolina (salvo el Cayenne S), pues el resto son híbridos. Hay a la venta en España modelos de gasolina con más y menos potencia entre los competidores del Cayenne, que son los Audi Q7 y Q8, el BMW X5 o el Mercedes-Benz GLE, entre otros, pero en el intervalo de potencia del GTS, no.

El nuevo Cayenne GTS tiene un motor de gasolina V8 biturbo, con 460 caballos y 620 Nm de par máximo. El anterior Cayenne GTS (modelo 2015) tenía un motor de gasolina V6 biturbo con 441 caballos y 600 Nm (ficha técnica comparativa). El cambio es automático de convertidor de par (Tiptronic), con ocho marchas. Porsche anuncia las mejores prestaciones si se instala el paquete Sport Chrono, en cuyo caso la aceleración de 0 a 100 km/h es de 4,5 segundos (sin esta opción, tarda 4,8 s, puesto que no dispone de la función «launch control») y la velocidad máxima es, invariablemente, de 270 km/h. El escape ha sido diseñado para emitir un sonido más deportivo que en otras versiones del Cayenne y tiene las salidas ovaladas y situadas en los laterales (en el Cayenne Coupé GTS, el escape de serie es más sonoro y las salidas ovaladas van en el centro).

El equipamiento del GTS está orientado a mejorar las cualidades dinámicas del Cayenne. La carrocería va 20 mm más cerca del suelo gracias a que los muelles (de tipo helicoidal de serie) son más cortos, aunque se pueden pedir muelles neumáticos con coste adicional, en cuyo caso la altura al suelo es regulable y puede reducir otros 10 mm en su posición más baja. El sistema PASM también está integrado de fábrica y conlleva amortiguadores de dureza regulable.

El sistema PTV Plus (Porsche Torque Vectoring, de reparto selectivo de par) es otro elemento destinado a mejorar la capacidad de tracción en curva. Los discos de freno básicos son de fundición gris (hierro) con 390 mm de diámetro y 38 mm de grosor delante, y 358 mm de diámetro y 28 mm de grosor detrás. En opción se puede pedir el GTS con los frenos PSCB, en los que la superficie de los discos está tratada con carburo de tungsteno, o bien los de discos cerámicos PCCB. También se puede equipar con el eje trasero direccional y el sistema de barras estabilizadoras activas.

Los elementos estéticos que distinguen al GTS por fuera van incluidos en el paquete Sport Design, que conlleva una serie de detalles en color negro (tomas de aire, molduras de las ventanillas, salidas de escape y anagramas), llantas de 21 pulgadas (modelo RS Spyder Design), faros LED con iluminación adaptativa y pilotos tintados en color oscuro. El habitáculo tiene el techo, el centro de los asientos y los reposabrazos tapizados en Alcantara, y algunos apliques están acabados en aluminio oscuro pulido. Los asientos de serie son los de tipo deportivo (dan más sujeción lateral que los básicos), con ocho funciones de regulación eléctrica. Las letras GTS están inscritas en las puertas, los umbrales, el cuentarrevoluciones y los reposacabezas. Si se opta por el paquete GTS, se añade a la personalización las costuras en color rojo Carmín o rojo Crayón.