Двигатель выдает 270 л.с., а также крутящий момент в 330 Нм. В качестве альтернативного варианта выступят 2,5-литровый и 4-цилиндровый атмосферник, а также 3,6-литровый V6, способный развить 330 л.с. Автомобиль получит заднеприводную платформу Alpha, такую же немного позднее получит и последующее поколение автомобилей Cadillac CTS.

Двигатель, который применяется на компактном седане ATS, значительно отличается от того, что поставлен на Buick Regal GS и главное их отличие связано с производительностью. Новый мотор был наделен специальной системой регулировки фаз газораспределения, интеркулером, а также улучшенной системой охлаждения.

Cadillac подтвердил информацию о том, что в новой версии ATS будет поставлен 2,0 литровый турбированный двигатель с 4-мя цилиндрами, у которого максимальная мощность будет составлять 270 лошадиных сил. В этом мощном агрегате успешно реализованы технологии прямого впрыска топлива и смены фаз распределения газа, а также установлен коленчатый вал, выполненный из кованой стали.