На Женевском автосалоне 2015 г. Audi представила второе поколение R8 сразу в трёх модификациях: базовой V10, улучшенной V10 Plus и электрической e-Tron. Все три автомобиля разработаны на новой платформе Lamborghini Huracan с усиленной структурой монокока из углепластика. Первые две версии оснащаются 5.2-литровым мотором V10 мощностью 540 или 610 л.с., а также 7-ступенчатой автоматизированной коробкой передач S-Tronic и полным приводом Quattro с системой электронного распределения крутящего момента по осям. Кузов Audi R8 стал более широким и плоским; коэффициент аэродинамического сопротивления снизился до 0.28. Другие изменения: стандартные светодиодные фары, фиксированный задний спойлер, разбитые на две части боковые лезвия, цифровая панель приборов, кнопки управления на руле.

Электрическая Audi R8 разрабатывалась с 2009 г., когда во Франкфурте дебютировал концепт Audi e-Tron. В 2015 г. она наконец появилась в продаже. Наиболее заметными внешними отличиями R8 e-Tron от бензиновой версии являются ребристые воздухозаборники, но внутри автомобиль имеет совершенно другую структуру, основу которой составляет центральная труба с интегрированной Т-образной аккумуляторной батареей. Суперкар оснащён четырьмя электромоторами суммарной мощностью 462 л.с. и имеет запас хода 450 км. Он также оборудован электромеханическим тормозом с системой рекуперации энергии и комбинированной системой зарядки (CCS), позволяющей зарядить аккумулятор за 2 часа.

Audi R8 V10 RWS - заднеприводная модификация Audi R8, которая является аналогом Lamborghini Huracan LP580-2. Из-за отсутствия системы полного привода quattro она на 50 кг легче стандартной R8, но оснащается тем же 5.2-литровым мотором V10 мощностью 540 л.с. Внешние отличия - чёрные матовые воздухозаборники и решётка радиатора и необязательная красная полоса вдоль всего кузова. Серия ограничена 999-ю экземплярами в версиях Coupe и Spyder.

В 2019 г. Audi R8 прошла очередной рестайлинг, в результате которого она получила более широкую решётку радиатора, три горизонтальных отверстия между фарами, пересмотренные сплиттер и диффузор, большие овальные выхлопные трубы и заднюю решётку на всю ширину кузова. Единственным доступным двигателем остался 5.2-литровый V10. Его мощность увеличилась до 570 л.с. в базовой версии и 620 л.с. - в улучшенной, переименованной в R8 V10 performance quattro. В честь десятой годовщины этого мотора на Женевском автосалоне 2019 г. была представлена лимитированная версия Audi R8 V10 Decennium (222 ед.). Она отличается эксклюзивной серой матовой краской Daytona Grey, чёрными глянцевыми обвесами и бронзовой отделкой моторного отсека и 20-дюймовых дисков.