La segunda temporada de Criminal Minds se estrenó en CBS el 20 de septiembre de 2006 y finalizó el 16 de mayo de 2007. Lola Glaudini dejó el programa después de seis episodios y fue reemplazada por Paget Brewster tres episodios más tarde, mientras que Kirsten Vangsness fue ascendida al elenco principal oficial después de haber sido incluida previamente como protagonista de la temporada 1.
En el estreno de la temporada "The Fisher King (Part II)", Jeff Marchelletta apareció como estrella invitada como el padre fallecido de Elle Greenaway, Robert, en una secuencia de sueños mientras Elle está en cirugía. En el episodio "P911", Mary Page Keller apareció como estrella invitada como la agente especial supervisora Katherine Cole, una ex agente de la UAC que ahora es la jefa de la Unidad de Crímenes contra los Niños, y está investigando a un niño que corre el riesgo de ser vendido a un pedófilo en una subasta en línea. John Rubinstein apareció como estrella invitada como el director Hayden Rawlings, un pedófilo y uno de los postores de la subasta, a pesar de afirmar que intentó rescatar al niño de su captor. En el episodio "The Perfect Storm", Nicki Aycox apareció como estrella invitada como Amber Canardo, una víctima de violación que secuestra y asesina a mujeres. Su compañero en el crimen es su esposo, Tony Canardo, interpretado por Brad Rowe .
En el episodio "Psychodrama", Jason Wiles apareció como estrella invitada como Caleb Dale Sheppard, también conocido como "The Stripping Bandit", un ladrón de bancos adicto a la metanfetamina que obliga a los transeúntes a desnudarse. En el episodio "Aftermath", Jason London apareció como estrella invitada como William Lee, un violador en serie que embaraza a sus víctimas y luego es asesinado por Elle Greenaway. Dahlia Salem apareció como estrella invitada como la detective Maggie Callahan, quien lidera la investigación de las violaciones. En el episodio "The Boogeyman", Elle Fanning apareció como estrella invitada como Tracy Belle, una estudiante de primaria que casi es asesinada por el asesino de niños Jeffrey Charles, interpretado por Cameron Monaghan . Sean Bridgers apareció como estrella invitada como el padre de Jeffrey, James, quien fue el principal sospechoso de los asesinatos.
En el episodio "North Mammon", Mimi Michaels apareció como estrella invitada en el papel de Brooke Chambers, una deportista de fútbol que, junto con sus dos mejores amigas, es secuestrada y se ve obligada a elegir cuál de ellas será asesinada. Kelly Kruger apareció como estrella invitada en el papel de Kelly Seymour, la que finalmente muere. En el episodio "Empty Planet", Jamie Elman apareció como estrella invitada en el papel de Kenneth Roberts, un terrorista en serie que usa el alias de "Allegro", el personaje principal de su novela de ciencia ficción favorita. JoBeth Williams apareció como estrella invitada en el papel de Ursula Kent, una profesora que es rehén de Kenneth. En el episodio "The Last Word", Jason O'Mara apareció como estrella invitada en el papel de The Mill Creek Killer, un asesino en serie que compite contra The Hollow Man por el reconocimiento por sus crímenes.
En el episodio "Lessons Learned", Anthony Azizi actuó como actor invitado en el papel de Jamal Abaza, un recluso de Guantánamo que es miembro de una organización terrorista llamada "Militant Islamic Society". Kevin Chapman actuó como actor invitado en el papel del agente del FBI Andrew Bingham, que ayuda a la UAC a prevenir un intento de atentado en un centro comercial recién inaugurado. En el episodio "Sex, Birth, Death", Jessica Tuck actuó como actriz invitada en el papel de la Dra. Sarah Harris, una doctora que está desesperada por ayudar a detener los impulsos y fantasías homicidas de su hijo. En el episodio "Profiler, Profiled", Erica Gimpel actuó como actriz invitada en el papel de Sarah Morgan, la hermana mayor de Derek Morgan.
En el episodio "No Way Out", Keith Carradine apareció como estrella invitada como uno de los criminales más notorios de la serie, Frank Breitkopf. Amy Madigan apareció como estrella invitada como el interés amoroso de Frank, Jane Hanratty. En los episodios "The Big Game" y "Revelations", James Van Der Beek apareció como estrella invitada como Tobias Hankel, un asesino en serie delirante que sigue los pasos de su padre Charles. Cullen Douglas apareció como estrella invitada como el Dr. Tony Wilson. En el episodio "Distress", Holt McCallany apareció como estrella invitada como Roy Woodridge, un ex Ranger del ejército de los EE. UU. que sufre visiones delirantes de personas que se le aparecen como soldados somalíes. Nick Chinlund apareció como estrella invitada como Max Weston. En el episodio "Jones", Simone Kessell apareció como estrella invitada como Sarah Danlin, una imitadora de Jack el Destripador que una vez fue ayudada por el padre de William LaMontagne, Jr. antes de convertirse en una asesina.
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En el episodio "Honor Among Thieves", Kate Jackson apareció como estrella invitada en el papel de la madre de Emily Prentiss, Elizabeth, quien ayuda a la UAC a buscar a un inmigrante ruso desaparecido. En el episodio "Open Season", Jim Parrack y Jake Richardson aparecieron como estrellas invitadas en el papel de Paul y Johnny Mulford, un par de hermanos que secuestran y cazan a varias personas en el bosque. Laura Allen apareció como estrella invitada en el papel de Bobbi Baird, una mujer que es secuestrada y perseguida por los hermanos Mulford. En el final de temporada "No Way Out II: The Evilution of Frank", Keith Carradine y Amy Madigan repiten como Frank Breitkopf y Jane Hanratty, respectivamente. Elle Fanning repite como Tracy Belle, quien es secuestrada por Frank.