Nachdem der 330 GTC Coupé 1966 auf dem Genfer Automobilsalon präsentiert wurde, war der 330 GTS Spider später im Laufe des Jahres erhältlich, bevor er dann auf dem Pariser Automobilsalon 1966 vorgestellt wurde und damit den 275 GTS ablöste. Pininfarina hatte den Wagen entworfen und fertigte die Karosserie in Turin bevor die mechanischen Komponenten von Ferrari montiert wurden. Abgesehen vom Faltverdeck war der 330 GTS dem 330 GTC identisch. Ungewöhnlich für Ferrari war, dass auch dieses Modell eine Schildchen mit „330“ auf dem Kofferraumdeckel angebracht hatte. Zuvor hatten nur wenige Wagen eine Modellbezeichnung an der Karosserie und dabei handelte es sich normalerweise um „Speciales“. Die Nase präsentierte sich mit einem schlanken, eiförmigen Kühlergrill, leicht zurückversetzten Scheinwerfern, Frontkotflügeln mit drei Luftauslässen auf jeder Seite für den Motorraum, die auf drei Seiten von einem schmalen hellen Band eingefasst waren. Das Heck war jenes, das man bereits von den frühen 275 GTS kannte: harmonisch, leicht und elegant mit kleinen Stoßstangen an den Ecken. Das Faltverdeck des 330 GTS wurde an der Oberkante der Windschutzscheibe festgeklemmt und wenn es nach hinten gefaltet wurde konnte es mit einem Vinylcover abgedeckt werden. Die Fertigung des 330 GTS begann gegen Ende des Jahres 1968 als der Motor auf 4,4 Liter Hubraum erweitert und einige kosmetische Veränderungen vorgenommen wurden, um das 365 GTS Modell zu schaffen. Der Wagen wurde links- und rechtsgesteuert gefertigt und trug ungerade Fahrgestellnummern. Rund 100 Exemplare wurden mit Nummern von 08899 bis 11713 gefertigt

Die Karosserie war auf einem Stahlrohrchassis mit einem Radstand von 2.400 mm mit Werksbezeichnung 592 montiert. Alle Exemplare waren ungerade durchnummeriert. Das grundlegende Layout ähnelte stark dem des 275 GTB und das mechanische Layout war praktisch identisch. Die Standardräder (7L x 14 Zoll) waren mit 205 x 14 Reifen bestückt. Dabei hatten sie elegante und glatte 10-Loch-Leichtmetallfelgen, ähnlich denen, die bei den Ferrari Modellen dieser Zeit zum Renneinsatz genutzt wurden. Borrani-Speichenfelgen waren erst später als Sonderausstattung erhältlich. Alle Modelle dieser Serie verfügten über Girling-Scheibenbremsen rundum, eine per Kabel agierende Handbremse und separate Bremssättel an den hinteren Bremsen. Wie beim 275 GTS war für den Wagen als Sonderausstattung auch ein Hardtop erhältlich, was jedoch nur selten angefragt wurde. Das Triebwerk war die vergrößerte Version des Motors des 275 GTB und bezüglich der Leistung der des späten 330 GT 2+2 Modells praktisch identisch: eine obenliegende Nockenwelle pro Zylinderreihe des V12, Nasssumpfschmierung, Werksbezeichnung 209/66, 3.967 ccm Hubraum, Bohrung und Hub von 77 und 71 mm. Das Triebwerk besaß eine Reihe von drei Weber 40 DCZ/6 oder 40 DFI/2 Doppelvergasern mit Doppelspule und hinter dem Motor montierter Zünd-Verteiler-Anlage. Die Leistung wurde mit 300 PS angegeben. Die einzigen bedeutenden Veränderungen im Bezug auf die Mechanik während der Produktionslaufzeit waren: Austausch der Doppelölkühler gegen die originale Einzeleinheit der Chassis 09839, plus ein modifiziertes Benzinzufuhrsystem sowie ein Molybdän-besprühtes Getriebe mit Synchronringen von der Chassis 09939.

Der 330 GTS teilte sich das Antriebs- und Hinterradaufhängungssystem mit dem nach April 1966 gefertigten 275 GTB: zwei Motorhaltepunkte und zwei Transaxlehaltepunkte, starre Übertragung, womit beide eine Einheit formten. Der Transaxle war ein Typ 592/1369 5-Gang-Getriebe mit Einzelradaufhängung hinten mit Schraubenfedern, Querlenker und Koni-Stoßdämpfern. Die Vorderradaufhängung war mit ungleich langen Querlenkern mit Schraubenfedern und hydraulischen Koni-Stoßdämpfern versehen, während es sich um eine Schneckenlenkung ohne Servounterstützung handelte. Eine bemerkenswerte ‘Speciale’-Ausführung (wobei diese nicht von Ferrari kam) war der “Harrah Targa”, eine Umwandlung des Wagens, die in den USA an einem 330 GTS (Chassis 10913) vorgenommen wurde. William Harrah in Reno, Nevada, war zu diesem Zeitpunkt der Western Region Ferrari Vertragshändler , berühmt für seine große Autosammlung, und erwarb den Wagen mit der Chassis Nummer 10913. Die Umwandlung in einen Targa (die erste eines Ferrari-Modells) wurde in der Werkstatt Harrahs durchgeführt. Neben dem Targadach aus schwarzem Vinyl wurden ein Überrollbügel aus Stahl sowie ein langes Perspex-Rückfenster integriert. Der Kofferraumdeckel wurde damit etwas kürzer als beim Originalwagen. Ungewöhnlich für Harrah war, dass er den Wagen nicht lange für sich behielt. Dies könnte damit zusammenhängen, dass ihn der Wagen an seine kurze Ehe mit Countrysängerin Bobbie Gentry erinnerte, die es offensichtlich liebte den Wagen zu fahren.