El 330 GT 2+2 coupé fue presentado en la conferencia de prensa anual de Ferrari con motivo de la pretemporada de competición, celebrada en enero de 1964. Su primera aparición en público llegó en el Salón del Automóvil de Bruselas, un mes después. Era el sustituto del 250 GTE 2+2, del que había cesado la producción con una serie de cien unidades a las que se denominó 330 America, y que eran idénticas estéticamente al 250 GTE, pero equipadas con un motor de 4 litros.

Como su antecesor, el diseño de la carrocería del 330 GT 2+2 salió de los lápices de Pininfarina. Sin embargo, era muy diferente a aquél. Tenía un doble faro, de 7 centímetros de diámetro el exterior y de 5 el interior, con un aspecto que recordaba al del 400 Superamerica Superfast IV (chassis 2207SA). Esa característica daba al frontal un toque ligeramente americano, pues el doble faro era algo que estaba muy de moda allí.

Las unidades de la serie II llegaron a mediados de 1965, cuando se hicieron modificaciones alrededor del frontal. Al mismo tiempo, el doble faro se sustituyó por uno sencillo, que daba al morro un aspecto bastante similar al del 275 GTS que se producía en esos momentos. También en aquella época, las llantas Borrani de radios (durante mucho tiempo de serie en los coches Ferrari) dieron paso a unas de aleación con diez orificios, que mantenían la tuerca central de fijación. En cualquier caso, las llantas de radios siguieron disponibles como opción. El diseño de las salidas de aire en las aletas delanteras pasó de las once ranuras del 250 GTE a una fila triple, que también se utilizó en el 275 GTS, aproximadamente desde ese instante. A los paragolpes delantero y trasero se les puso unos topes de goma. Del mismo modo, en el interior también se hicieron modificaciones: los pedales pasaron de ir montados en el suelo a colocarse como un conjunto suspendido, se puso una consola central entre el túnel de transmisión y la parte baja de salpicadero y se cambió el diseño de la palanca de cambios y de las salidas de ventilación. Las carrocerías se montaban sobre unos chasis con una distancia entre ejes de 2.650 mm, que tenía los códigos de referencia internos 571 (serie I) y, posteriormente, 571/65 (serie II). Todos fueron numerados siguiendo la secuencia de cifras impares típica de los coches de carretera, con un intervalo que iba del 4963 al 7533 para los modelos de la Serie I, y del 7537 al 10193 para los de la Serie II. La construcción seguía los estándares de Ferrari de aquella época, con tubos principales de gran sección ovalada y varios brazos transversales de refuerzo, y unos tubulares secundarios atornillados a la estructura base donde se anclaban la carrocería y los componentes auxiliares. El vehículo tenía suspensión delantera independiente, eje rígido detrás con ballestas y amortiguadores telescópicos, así como cuatro discos de freno con circuitos hidráulicos separados delante y detrás. Estaba disponible tanto con volante a la izquierda como a la derecha y, más adelante, se ofrecía la dirección asistida en opción.

El motor era un V12 de 4 litros con un árbol de levas por bancada de cilindros. Primero tuvo un código de referencia interno 209 y después 209/66. Tenía una cilindrada de 3.967 cc, con un diámetro por carrera de 77 x 71 mm. Llevaba unas bujías por fuera de la “V” y una batería de tres carburadores de doble cuerpo Weber 40 DCZ/6 ó 40 DFI, además de una doble bobina y un sistema de encendido con el distribuidor montado por detrás del motor. Desarrollaba 300 caballos de potencia. El motor estaba basado en el original Colombo de “bloque corto”, pero era ligeramente más largo, con un espacio mayor entre los cilindros para mejorar los conductos de agua, una modificación necesaria que garantizaba la refrigeración adecuada a unos cilindros de diámetro superior.

La diferencia en los códigos del motor era por los puntos de apoyo: el 209 tenía cuatro, mientras que el 209/66 sólo tenía dos. Éste último se utilizó a partir del chasis 08729. El motor estaba acoplado a una caja de cambios de cuatro velocidades, todas ellas sincronizadas, y casi todos los coches de la Serie I tenían una quinta tipo overdrive que se accionaba electrónicamente. Los últimos modelos de esta serie y todos los de la Serie II incorporaron una caja de cinco marchas sincronizadas. La potencia se pasaba al eje rígido trasero a través del árbol de transmisión. Con el paso de la caja de cambios de cuatro velocidades a la de cinco, el sistema de accionamiento del embrague dejó de ser mecánico y se usó un sistema hidráulico. El 330 GT 2+2 se mantuvo en producción desde 1964 a 1967, momento en el que fue reemplazado por el 365 GT 2+2. Durante ese tiempo se construyeron 625 unidades de la Serie I y 474 de la Serie II, un número superior al del 250 GT 2+2 que le precedió durante un tiempo de vida similar. El concepto 2+2 demostró ser una configuración de éxito que alcanzó gran popularidad.