El 6 de agosto de 2004, Microsoft lanzó el SP2, que incluía todas las correcciones encontradas en el SP1, además de varias novedades, centradas sobre todo en dar mayor seguridad al sistema operativo. Dichas novedades son:

* Un centro de seguridad, para comprobar el riesgo al que está sometido Windows XP.
* Nueva interfaz del Cortafuegos de Windows XP, además de ser activado por defecto.
* Añadido un mejor soporte de Wi-Fi y Bluetooth.
* Incorporación a Internet Explorer de un bloqueador de popups, la capacidad de bloquear controles ActiveX, el bloqueo de las descargas automáticas y un administrador de complementos gracias a Internet Explorer 6 SP2 .
* Uso de la tecnología DEP (Data Execution Prevention o Prevención de ejecución de datos) por Hardware o Software (Según si el microprocesador tenga o no soporte para ello).
* Las actualizaciones automáticas están activadas por defecto.
* El servicio Windows Messenger se desactiva por defecto.
* Outlook Express bloquea los archivos adjuntos potencialmente peligrosos (.exe o .vbs).
* La ventana de Agregar o quitar programas permite mostrar u ocultar las actualizaciones.
* Mejoras multimedia como la inclusión del Reproductor de Windows Media 9, DirectX 9.0c, y Windows Movie Maker 2.1.

Según la Directiva de Ciclo de Vida de Productos, Microsoft retirará el soporte de Service Pack 2 el 13 de julio de 2010. Sin embargo tendrá soporte extendido hasta el año 2014.