El 308 GTB Quattrovalvole sustituyó al 308 GTBi, y fue presentado en el Salón de París de 1982. El calificativo de “Quattrovalvole” hace referencia a la nueva culata de cuatro válvulas por cilindro que incorporaba el motor, con la que se incrementaba la potencia en relación al modelo precedente.

Estéticamente era muy similar al anterior, pero se le reconocía por el panel de finas rejillas del capó delantero, que se añadió para mejorar la salida de aire caliente procedente del radiador. Otras sutiles diferencias se podían encontrar en los retrovisores eléctricos exteriores, que llevaban una pequeña placa de Ferrari en la carcasa; en la rediseñada parrilla del radiador, con las luces rectangulares de posición colocadas en los extremos; y en los intermitentes, que eran rectangulares en lugar de redondos. 

El interior recibía igualmente cambios menores, entre ellos la opción de los asientos con la parte central de tela, en lugar de completamente de cuero como venían de serie, o el volante de tres radios con el aro forrado de cuero negro satinado y con una sección triangular alrededor del claxon. Como en las versiones anteriores del modelo 308, los coches para el mercado americano se identificaban por unos paragolpes más contundentes y por los intermitentes rectangulares sobre el lateral de las aletas. Tenía disponible como opciones la pintura metalizada, un spoiler delantero más profundo, el aire acondicionado, las llantas Speedline más anchas, de 16 pulgadas, con neumáticos Pirelli P7, y un pequeño alerón al final del techo, acabado en negro satinado (de serie en los modelos para el mercado japonés).

El motor V8 tenía prácticamente el mismo diseño que el utilizado en el 308 GTBi, al margen de la culata de cuatro válvulas por cilindro. Tenía una configuración de 90 grados y doble árbol de levas en cabeza por bancada accionados por correa dentada, con una cilindrada total de 2.926 cc. Su diámetro por carrera era de 81 x 71 mm, la lubricación se hacía a través de un cárter húmedo y los modelos construidos para el mercado europeo llevaban el código interno F 105 AB 000. Los coches para Europa tenían una potencia de 240 CV a 7.000 rpm, mientras que los de Estados Unidos alcanzaban los 235 CV a 6.800 rpm.

El motor, colocado en posición transversal, se acoplaba directamente a una caja de cambios de cinco velocidades, todas ellas sincronizadas, y esta transmisión estaba montada en la parte inferior por detrás del cárter. Las relaciones de cambio y del grupo se modificaron para adaptarse a las características del motor de cuatro válvulas por cilindro. Disponía de un sistema de inyección de combustible Bosch K Jetronic, acoplado a un sistema de encendido electrónico Marelli MED 803A Digiplex, que incorporaba una bobina, un distribuidor y un módulo de encendido para cada bancada de cilindros. Todas las unidades destinadas al mercado americano tenían catalizador.

Los modelos 308 GTB Quattrovalvole destinados a los principales mercados europeos tenían un chasis tubular con el código interno F 105 GB 100. Llevaba discos de freno en las cuatro ruedas, así como suspensiones independientes de triángulos oscilantes, con muelles helicoidales, amortiguadores hidráulicos y barras estabilizadoras en ambos ejes. Todos los modelos se numeraron en una secuencia de cifras impares para chasis Ferrari de carretera y estuvieron disponibles tanto con volante a la izquierda como a la derecha. Se produjeron un total de 748 unidades, entre 1982 y 1985, con un rango en los números de chasis que iba del 42.809 al 59.071.