Po porzuceniu modelu BLS z napędem na przednie koła, Cadillac powrócił do segmentu premium samochodów kompaktowych z modelem ATS, sportowym sedanem skierowanym przeciwko BMW serii 3 oraz klasie C Mercedesa.
Podczas gdy BLS oparty był na platformie z napędem na przednie koła, ATS wyposażony był w układ napędowy na tylną oś, co sprawiło, że znalazł się w tej samej kategorii co większość europejskich i japońskich producentów samochodów premium. Dodatkowo, nowy język designu uczynił kompaktowego sedana bardziej atrakcyjnym dla młodszych klientów.
Kanciaste kształty samochodu zostały zaprojektowane przez Boba Boniface’a, tego samego twórcę koncepcyjnego Chevroleta Volta oraz Chryslera 300C. W przypadku ATS stworzył on opadające reflektory, które sięgały nad przednie błotniki, a także kanciaste wykończenie górnych i dolnych grilli. Z profilu, ATS prezentował się z designem kabiny przesuniętej do tyłu oraz krótkim tylnym pomostem.
Wnętrze Cadillaca wykończono luksusowymi materiałami, w tym skórzanym siedzeniem, a przednie fotele wyposażono w podparcia boczne, podczas gdy tylna ławka była raczej przystosowana dla dwóch osób. Tunel transmisyjny przechodzący przez całe auto od silnika do tylnej osi sprawiał, że pasażer siedzący na środku na tylnej kanapie czuł się niewygodnie. Jednak kierowca mógł cieszyć się nie tylko nowoczesnym wyglądem, ale także zaawansowanymi technologiami zamontowanymi w samochodzie, takimi jak system multimedialny z ekranem dotykowym umieszczony na szczycie centralnej konsoli oraz szeroki zestaw wskaźników z czterema zegarami i wyświetlaczem LCD dla komputera pokładowego.