La segunda temporada de 'Orphan Black' se estrena el 19 de abril de 2014 y cuenta con 10 episodios, emitiéndose hasta el 21 de junio de 2014. En esta segunda tanda de capítulos, todos cuentan con un título extraído de los trabajos de Sir Francis Bacon.
La trama arranca tras el supuesto secuestro de Kira y la desaparición de S, que Sarah trabaja en buscar. Finalmente, se descubre que S ha fingido el secuestro de Kira para protegerla de los proletarianos, que siguen tras ella.
Por su parte, Alison intenta superar sus adicciones mientras confirma sus peores sospechas: su marido Donnie ha sido su monitor durante todo este tiempo. Por otro lado, Cosima cae enferma de una misteriosa enfermedad respiratoria que Delphine intenta investigar.
Helena acaba en el rancho de Henrik Johanssen, un líder proletariano que quiere utilizar a Helena para crear un nuevo bebé. Aunque Helena consigue escapar, Henrik consigue extraerle los óvulos para poder realizar una fecundación in vitro. Helena es finalmente inseminada con uno de sus óvulos aunque, cuando descubre que Henrik pretende usarlos con otras mujeres, acaba matándolo.
Rachel Duncan es el nuevo clon que descubrimos al final de la pasada temporada como líder del instituto Dyad, una empresa que abandera la neolución, donde Delphine acaba trabajando y dirigiendo la investigación de clones. Su investigación desvela que la médula ósea de Kira puede ser la salvación de Cosima.
Sabiéndose incapaz de tener descendencia, Rachel personifica a Sarah y secuestra a Kira. Además, Rachel manda a Delphine a Alemania para separarla de Cosima mientras sabotea el tratamiento de ésta destruyendo la médula ósea de Kira. Cuando Sarah lo descubre, dispara a Rachel clavándole un lápiz en el ojo.
En el final de temporada, Marion Bowles, una ejecutiva de Dyad que ayuda a Sarah, desvela la existencia del Proyecto Castor, un programa de clones masculinos liderado por el ejército. Todos se asemejan a Mark Rollins (Ari Millen), que durante toda la temporada ha sido uno de los ayudantes de Henrik.
Si bien las críticas de esta segunda temporada fueron más tibias, en especial con la trama, la proeza de Tatiana Maslany se fue agrandando, así como sus nominaciones a diversos premios, consiguiendo por primera vez ser nominada al Emmy a la mejor actriz.