El motor V12 fue ligeramente “desinflado” en comparación con el del 365 GTB4 y el régimen de máximas revoluciones se rebajó para que fuera menos nervioso, lo que hacía que destacará por su buen par motor y su manejabilidad a bajas revoluciones. Pero siguiendo la verdadera tradición de Ferrari, el motor podía sobrepasar las 7.000 rpm con facilidad. La mayor parte de la producción se vendió en Estados Unidos. El modelo 365 GTC4 se desveló en el Salón del Automóvil de Ginebra de 1971, y vino a suceder a dos coches de la gama, el 365 GTC que había dejado de producirse en 1970, y el 365 GT 2+2 que no continuó fabricándose después de anunciarse la llegada del nuevo vehículo. Cumplió de forma admirable el papel de su antecesor el 365 GTC, en cuanto a ser más conservador y tener un estilo coupé menos agresivo que el de su hermano el 365 GTB4 berlinetta, pero la herencia respecto al 365 GT 2+2 sólo fue parcial, pues su oferta de dos asientos traseros era bastante limitada en espacio y sólo servía para que viajaran en ellos niños de corta edad. Sin embargo, tenía la posibilidad de abatir los respaldos posteriores para lograr una plataforma de carga muy útil para el equipaje. Una característica inusual del interior era que la parte central de los asientos y el tapizado de las puertas era de una tela de cuadros exclusiva para este coche. En cualquier caso, el revestimiento completo de cuero seguía estando disponible como opción. Desde el primer momento se ofrecieron versiones para el mercado europeo y para el de Estados Unidos, ésta última equipada con un sistema de control de emisiones que mermaba algo las prestaciones y que era reconocible por las luces de posición rectangulares en las aletas delanteras y traseras. Fue el primer nuevo modelo Ferrari de 12 cilindros que se anunció después de que Fiat asumiera el control de la sección de vehículos de carretera de la marca, en 1969. Para tener un estilo de carrocería completamente nuevo, tuvo una producción relativamente corta, pues terminó en otoño de 1972 con un total de 500 unidades fabricadas. Sin embargo, el esquema mecánico se trasladó prácticamente sin cambios a su sucesor, el nuevo 365 GT 2+2. La única diferencia fue el empleo de un chasis más largo.

El estilo de la carrocería era muy diferente del que tenían los modelos a los que reemplazaba. Desaparecían las elegantes formas redondeadas y la parrilla elíptica del radiador, para dar paso a un diseño en cuña mucho más anguloso, que se estaba poniendo de moda en aquellos momentos. Tenía un morro muy bajo, con un paragolpes frontal negro de goma que ocupaba todo el ancho y rodeaba la delgada parrilla rectangular del radiador, y con las luces rectangulares antiniebla, las de posición y los intermitentes incrustados a los lados de dicha parrilla. En el panel de la parte superior plana del morro se encontraban los dobles faros retráctiles, entre el paragolpes y el borde delantero del capó, que tenía unas salidas de aire con forma rectangular similares a las del modelo 365 GTB4. El frontal fluía hacia un habitáculo con una sección de cinco ventanas a través de unos laterales planos de la carrocería. En este habitáculo, el perfil del cristal lateral se puede definir de una manera muy descriptiva como una lágrima alargada. Después, sigue fluyendo hacia el maletero con un ángulo poco marcado, para terminar en una cola tipo Kamm. Los pilotos traseros triples se situaban a cada lado del recuadrado panel posterior, por debajo del cual estaba un paragolpes negro mate para lograr el equilibrio con el negro de goma de la parte frontal del coche. La carrocería fue diseñada, construida y rematada por Pininfarina, que posteriormente la enviaba a Ferrari para que se fijaran en ella los componentes mecánicos. Estaba construida en acero, con los capós delantero y trasero de aluminio. Las carrocerías se montaban sobre un chasis con una distancia entre ejes de 2.500 milímetros, y éste fue el primer modelo de Ferrari que usó un nuevo sistema de referencia interno que llevaba el prefijo “F” por delante del número. El código de referencia interno del 365 GTC4 era F101 AC 100 y todos los chasis fueron numerados en la secuencia de cifras impares típica de los vehículos de carretera de la marca. La construcción seguía las mismas líneas básicas que otros modelos de la época, con grandes tubos principales de sección ovalada, refuerzos transversales y un subchasis para soportar el motor y el equipamiento auxiliar. El modelo estaba disponible tanto con volante a la izquierda como a la derecha, así como con dirección asistida, elevalunas eléctricos y aire acondicionado de serie. Las llantas de aleación estándar tenían un diseño de estrella de cinco radios, con una tuerca central tipo Rudge, aunque en Estados Unidos y en algún otro mercado ésta se sustituía por una gran tuerca central cromada para cumplir con la legislación vigente. Las llantas Borrani de radios estaban disponibles opcionalmente.

El motor tenía una estructura similar a la del empleado en el 365 GTB4, con doble árbol de levas en cabeza por cada bancada de cilindros. Era un V12 de 4.390cc de cilindrada, con un diámetro por carrera de 81 x 71 mm. A diferencia del motor del Daytona, no tenía un sistema de lubricación por cárter seco sino que llevaba de serie una lubricación por cárter húmedo. Las culatas también eran diferentes y el motor contaba con carburadores que tenían la toma de aire lateral en lugar de vertical, para reducir la altura del capó. Las nuevas culatas tenían la admisión entre los árboles de levas, en lugar de en el interior de la “V” como las llevaba el 365 GTB4, lo que permitía que los filtros de aire y el equipamiento para el control de emisiones se fijara en ese lugar. Igual que ocurría con el chasis, el motor fue el primero en utilizar una nueva secuencia numérica, con el código de referencia interno F 101 AC 000. El motor llevaba dos baterías de tres carburadores de doble cuerpo Weber 38DC0E59/60, que en los coches destinados al mercado norteamericano se reconocían por tener el sufijo “A”. Los vehículos para el mercado europeo tenían una sola bobina y un sistema de encendido por distribuidor montado por detrás del motor, mientras que los del mercado de Estados Unidos contaban con doble distribuidor y encendido electrónico, pero en ambos casos la potencia era de 320 CV. Los coches para Estados Unidos también incorporaban varios dispositivos para el control de las emisiones de gases de escape, entre los que se encontraban un dispositivo de control de régimen mínimo y un colector de escape con un sistema de inyección de aire. El motor se conectaba por medio de un embrague montado en el volante de inercia, que se acoplaba a una caja de cambios de cinco velocidades sincronizadas, siguiendo las mismas directrices que en el modelo 365 GT 2+2, incluyendo el sistema de suspensión trasera autonivelante.