Вооружение «Челленджер 2» оснащён 120-мм нарезной пушкой L30A1 — преемницей пушек, стоящих на танках «Чифтен» и «Челленджер». Эта пушка, отлитая методом электрошлакового переплава, является единственной нарезной пушкой этого калибра, используемой НАТО. Канал пушки хромирован, орудие покрыто термоизоляционным кожухом. Пушка стабилизирована в двух плоскостях, приводы её наведения полностью электрические. Боекомплект главного орудия составляет 52 выстрела. Автомат сопровождения цели (присущий многим современным танкам а так же современникам танка тех же лет выпуска) отсутствует, дальность прямого выстрела составляет 1,5-1,6 км (для сравнения, у Т-90 - 1,85). Слева от основного орудия установлен спаренный с пушкой 7,62-мм пулемёт L94A1. Возле командирского люка на башне установлен дистанционно управляемый 7,62-мм пулемёт L37A2, служащий, в основном, для противовоздушной обороны. Боезапас пулемета — 4000 патронов калибра 7,62-мм. Цифровая система управления огнём, разработанная фирмой «Дженерал Дайнэмикс», включает в себя 32-битный процессор и шину данных Mil Std 1553, впервые установленную на английской бронированной машине. Максимальная скорость поворота орудия 22°/24° в секунду по горизонтали. Орудие установлено на увеличенных в размерах креплениях, специально с целью повышения точности при скоростном поражении целей. Вольфрамовые БПС L23 (среднее бронепробитие на дистанции 2 км составляет 450 мм), разработанные в 1984 году для прежнего нарезного орудия, но данные о защите новых советских танков стимулировали переход на обедненный уран. L26 CHARM 1 до 580 мм, с 1997 БПС L27 CHARM 3 с бронепробитием до 700 мм. Для сравнения Т-80У образца 85 года по западным данным имел бронирование башня/корпус 780 мм что очевидно больше/на пределе чем возможности БПС L27 при стрельбе в упор без отклонения по горизонтали. На тендере в Греции в 2002 году при стрельбе с места поразил 10 из 10 целей, но в режиме «охотник-стрелок» поразил всего 8 из 20 целей, скорострельность составила 9 выстрелов в минуту, стрельбы производил греческий экипаж. Сами британцы объясняют такую ситуацию тем, что в тендере использовались устаревшие учебные боеприпасы от орудия танка «Челленджер 1», так американская сторона, представляющая танк «Абрамс», отказалась проводить стрельбы учебными боеприпасами. В последующем на большинстве танков была заменена СУО. Всего за проверку точность составила Leopard 2A5 - 78.65% M1A2 Abrams - 72.21% Леклерк - 72.03%; и Челленджер2 - 69.19% Оригинальный танк имел только один тепловизор с двумя каналами выдачи информации, наводчику и командиру. С 2007 стало доступно два тепловизора, второй для командира от французского ОБТ Леклерк как и весь прицел командира. Углы наведения орудия в вертикальной плоскости от −10° до +20°. Цикл прицеливание — поражение 8 секунд. Хорошо подготовленный экипаж поражает в минуту около 7 целей. В ходе учений и испытаний отдельные экипажи поражали восемь целей за 42 секунды. Для боевого применения фактически доступны бронебойно подкалиберные снаряды и безосколочные фугасные, а также дымовые и ряд учебных.