Tras la presentación del 330 GTC Coupé en el Salón del Automóvil de Ginebra de 1966, algo más tarde durante ese mismo año llegó la versión 330 GTS spider, mostrada en el Salón de París de 1966 para sustituir al 275 GTS en la gama Ferrari. El diseño era de Pininfarina y la carrocería se ensamblaba en sus instalaciones de Turín antes de ser enviada a la fábrica Ferrari de Maranello, completamente terminada, para fijar los componentes mecánicos. Aparte de su techo abatible, el 330 GTS era idéntico al 330 GTC y, como este modelo, tenía una particularidad bastante inusual en un Ferrari: un emblema con las siglas “330” en el capó del maletero. Antes de este coche sólo unos pocos habían llevado esa identificación ahí, y los que lo hicieron eran normalmente series “especiales”. El morro se caracterizaba por una pequeña parrilla ovalada y unos faros ligeramente encajados en la parte delantera de las aletas, que tenían una triple salida de ventilación del motor en los laterales, bordeada por una fina moldura cromada en tres de los lados. Todo esto encajaba con una sección posterior que había sido utilizada primero en el anterior 275 GTS. Con ello se lograba una línea armoniosa, ligera y elegante, rematada por cuatro pequeños paragolpes en las esquinas. El techo abatible del 330 GTS se sujetaba con un par de broches al montante superior del parabrisas cuando se cerraba, mientras que una cubierta de vinilo, que también se ajustaba mediante broches, lo protegía cuando se plegaba sobre un pequeño rebaje por detrás de los asientos traseros. La producción del 330 GTS continuó hasta finales de 1968, cuando fue mejorado con un motor de 4.4 litros y algunos cambios estéticos menores que lo convirtieron en el 365 GTS. Se fabricó tanto con volante a la izquierda como a la derecha, con la secuencia impar en los números chasis que se utilizaba en aquellos tiempos. Se construyeron 100 unidades, con un intervalo en la numeración de chasis que iba del 08899 al 11713.

La carrocería se montaba sobre un chasis tubular de acero con una distancia entre ejes de 2.400 mm, que tenía un código de referencia interno 592. El diseño principal era muy similar al de los 275 GTB contemporáneos, y el esquema mecánico prácticamente idéntico. Las elegantes llantas de aleación de serie tenían diez orificios y eran de 7L x 14 pulgadas. Su diseño se parecía bastante al de las empleadas en los Ferrari de competición de la época, con una tuerca de central de fijación tipo Rudge. Sobre ellas se montaban unos neumáticos 205 x 14 y, opcionalmente, estaban disponibles las llantas de radios Borrani. Todos los modelos de la serie llevaban cuatro discos de freno Girling, con un freno de mano accionado por cable que actuaba sobre unas pinzas independientes en los discos traseros. Como en el 275 GTS, para el 330 GTS había un techo duro opcional, pero apenas se solicitó.

El motor era una evolución del empleado en el 275 GTB, con unas especificaciones prácticamente idénticas a las utilizadas en el 330 GT 2+2: un V12 de 3.967 cc, con un diámetro por carrera de 77 x 71 mm, cárter húmedo y un árbol de levas en cabeza por bancada de cilindros. El código de referencia interno era 209/66. El propulsor estaba equipado con una batería de tres carburadores de doble cuerpo Weber 40 DCZ/6 ó 40 DFI/2, con una doble bobina y un sistema de encendido con el distribuidor montado por detrás del motor. La potencia era de 300 CV. Las únicas variaciones mecánicas relevantes que se hicieron durante el periodo de producción del modelo fueron la sustitución de radiador de aceite original por uno doble a partir del chasis 09839, una modificación en el sistema de envío de la gasolina al carburador y el tratamiento de molibdeno para los anillos de sincronización del cambio desde el chasis 09939. El 330 compartía el esquema de la transmisión y de la suspensión trasera con los modelos 275 GTB producidos desde abril de 1966 en adelante: dos puntos de ataque del motor, dos puntos de apoyo para la caja transaxle y un tubo que une sólidamente motor y transmisión. La caja transaxle era de tipo 592/1369, con cinco velocidades, y la suspensión trasera independiente, con muelles helicoidales, brazos oscilantes y amortiguadores Koni. Por su parte, la suspensión delantera independiente tenía brazos oscilantes de longitud desigual, con muelles helicoidales y amortiguadores Koni. La dirección era de cremallera y no tenía asistencia. Una versión ‘Speciale’ digna de ser tenida en cuenta, aunque no la realizó Ferrari, fue la “Harrah Targa”. La transformación se llevó a cabo en EEUU sobre un 330 GTS (chasis número 10913). William Harrah, en Reno, Nevada, fue el concesionario Ferrari de la región occidental que compró el chasis 10913 y era famoso por su gran colección de coches. El trabajo de conversión a una configuración tipo Targa, la primera que se hacía en un modelo Ferrari, se realizó en su taller. Se componía de un arco cubierto con paneles de acero inoxidable, una capota plegable de vinilo negro, una larga luneta trasera de metacrilato tintado y un portón trasero más corto que el normal. El propietario no mantuvo el coche en su poder durante mucho tiempo, algo inusual en él. La razón pudo ser el triste recuerdo de su corto matrimonio con la cantante de country Bobbie Gentry, quien aparentemente disfrutaba conduciéndolo.