Framework 3.5 все еще работает над CLR 2.0. V3 и V3.5 только добавили некоторые (на самом деле много) новые классы, но не изменили существующие сборки. Компилятор также изменился, но на самом деле не время выполнения.
Именно поэтому в %windir%\Microsoft.NET\Framework\v3.5
(или Framwork64) вы не найдете сборок, уже доступных в V2.
Framework V4 представила новую версию CLR. Соответственно, вы найдете в %windir%\Microsoft.NET\Framework\v4.0.30319
все сборки.
На странице Версии и зависимости перечислены все версии, как версии библиотеки базовых классов, так и версии clr.
[Редактировать] Поскольку V4.5 скоро появится, такая же таблица будет доступна для следующей версии.