Im Januar 2005 erschien die C6, die bis Februar 2013 gebaut wurde. Die sechste Corvette-Generation, war als Coupé oder Cabrio erhältlich mit einem stark überarbeiteten, größeren und vor allem leistungsstärkeren V8-Motor. Der neue LS2-Motor wurde gegenüber dem Vorgänger LS1 von 5.666 cm³ (5,7 Liter) auf 5.967 cm³ (6,0 Liter) Hubraum höht und leistet 404 PS. Die C6 war 13 cm kürzer und 2,5 cm schmaler als die C5 bei einem um 3 cm vergrößerten Radstand. Vorne wurden 18"-Räder und hinten 19"-Räder verbaut. Die Klappscheinwerfer fielen weg.

Für das Modelljahr 2008 wurden Motor, Getriebe, Fahrwerk und Fahreigenschaften verbessert. Der neue LS3-Motor, hatte 6,2 L Hubraum und 436 PS. Ein neues, elektronisch gesteuerten 6-Gang-Getriebes mit Paddle-Shift-Funktion, inklusive automatischem Modus, ersetzte nun die alte 4-Gang Automatik aus der C5. Daneben gab es weiterhin den Handschalter.

Im Jahre 2005 wurde die Z06 präsentiert. Sie war das schnellste, stärkste und leistungsvollste je erschienene Corvette-Modell, ein absolut eigenständiges Fahrzeug mit eigenem Antriebsstrang, anderer Karosseriestruktur und Fahrwerksauslegung, das sich auch äußerlich vom normalen Corvette-Coupé absetzte. Ein Rahmen aus Aluminium und der handgefertigte LS7-V8-Alu-Motor mit über 7,0 Liter Hubraum und eine Trockensumpfschmierung sind besonders hervorzuheben. Die Leistung betrug 376 kW (512 PS) bei 6300/min und einem maximalen Drehmoment von 637 Newtonmetern bei 4800/min.

Im Modelljahr 2010/2011 erschien die „Grand Sport“. Diese Bezeichnung ist eine Reminiszenz an die Erfolge der Corvette im Rennsport. Der Begriff taucht erstmals in den 1960er-Jahren mit der Corvette C2 auf und wurde bereits bei der Corvette C4 wiederverwendet. Sie hatte die breite Karosserie der Z06, deren Bremsen und Fahrwerk, aber den Stahlrahmen der C6 und den LS3 Motor.

Im Dezember 2007 präsentierte GM dann das Topmodell der C6. Die neue Corvette ZR1 hatte nun eine maximale Leistung von 476 kW (647 PS) und ein maximales Drehmoment von 823 Nm. Der LS9-Motor (6,2-Liter-Vollaluminium-V8 mit Kompressoraufladung und integriertem Ladeluftkühler) der ZR1 war eine Neuentwicklung und leistet 476 kW (647 PS) bei 6500/min und erreicht ein maximales Drehmoment von 823 Nm bei 3800/min. Er basiert auf dem LS3-Triebwerk mit 6,2 Liter und nicht auf dem LS7-Motor der Z06 mit 7,0 Litern Hubraum.

Am 28. Februar 2013 lief im GM-Werk in Bowling Green (Kentucky) die letzte Corvette C6 vom Band. Es handelte sich um eine „Corvette 427 Convertible“ ausgestattet mit dem 7,0-Liter-LS7-V8-Motor der Z06 und dem 60th-Anniversary-Design-Paket. Insgesamt wurden 215.100 Corvettes der Baureihe C6 gebaut.