El 512 BB fue presentado en el Salón del Automóvil de París de 1976 como sustituto del 365 GT4/BB y se mantuvo en producción hasta 1981, año en el que fue reemplazado por el 512 BBi, un modelo en el que los carburadores daban paso a la inyección de combustible. Se fabricaron un total de 929 unidades en ese periodo, con unos números de chasis que comenzaron en el 19.677 y terminaron en el 38.487. La nueva denominación del modelo ya no era tan rebuscada como en su antecesor, y se rompió con la tradición de Ferrari de bautizar a sus coches con el cubicaje de un solo cilindro. En su lugar, continuó la fórmula empleada con la serie Dino, es decir, utilizar la cilindrada total y el número de cilindros. Por tanto, la denominación del nuevo modelo provenía de su motor 5 litros de 12 cilindros. Las siglas “BB” tenían el mismo significado que antes, “Berlinetta Bóxer”, que hacían referencia a las dos bancadas de seis cilindros opuestas horizontalmente entre sí. La arquitectura básica, la forma y las características principales eran muy parecidas a las del coche al que reemplazaba, pero había pequeñas diferencias visuales entre ambos. Bajo la carrocería, la diferencia más grande era el aumento de cilindrada del motor.

Exteriormente las diferencias más notables entre el 512 BB y el 365 GT4/BB estaban principalmente alrededor del morro y la zaga. El parte inferior del morro incorporaba ahora un spoiler y, en trasera, los pilotos y los tubos de escape triples daban paso a grandes luces circulares dobles y a dos escapes en cada lado. Los pilotos traseros eran como los mostrados en el prototipo que se llevó al Salón del Automóvil de Turín de 1971. El panel trasero enrejado del 365 GT4/BB fue reemplazado por uno de láminas horizontales acabadas en negro satinado. También se hicieron cambios en las rejillas que iban sobre el capó del motor. En los laterales de la carrocería se pusieron unos conductos tipo NACA dirigidos a los pasos de rueda traseros para refrigerar el sistema de escape. La vía posterior aumento de 1.520 a 1.563 mm.

Las carrocerías se montaban sobre un chasis con una distancia entre ejes de 2.500 milímetros, con un código de referencia interno F 102 BB 100. Todos los chasis de los vehículos fueron numerados en una secuencia de cifras impares, típica de los vehículos de carretera. La construcción seguía el mismo principio que en el 365 GT4/BB: un chasis tubular de acero con una célula central monocasco. Igual que en el 365 GT4/BB, los 512 estuvieron disponibles con volante a la izquierda y a la derecha, pero nunca se produjo una versión para el mercado de Estados Unidos. Las llantas de aleación de serie tenían un diseño de estrella de cinco radios, con una tuerca central tipo Rudge, aunque la legislación de algunos países obligaba a montar una gran tuerca central octogonal. Las llantas cubrían unos grandes discos de freno ventilados, unidos a un doble circuito hidráulico y con sistema de servofreno. La suspensión era independiente en las cuatro ruedas, con brazos oscilantes, muelles helicoidales y amortiguadores hidráulicos, que en el caso de la parte trasera eran dobles, además de barras estabilizadoras delante y detrás.

El motor de doce cilindros opuestos tenía la misma configuración que en el 365 GT4/BB, pero con una cilindrada de 4.943 cc y un diámetro por carrera de 82 x 78 mm. Su código de referencia interno era F 102 B 000. Disponía de doble árbol de levas en cabeza por bancada de cilindros, movidos por correa dentada, con la construcción básica, los principios operativos y el esquema del motor y la transmisión iguales que en el 365 GT4 BB, salvo por la incorporación de un sistema de lubricación por cárter seco y un embrague accionado hidráulicamente. El 512 BB llevaba cuatro carburadores de triple cuerpo Weber 40 IF 3C, con un sistema de encendido electrónico y un único distribuidor movido por el árbol de levas de admisión de la bancada izquierda. La potencia del motor era de 340 CV. Aunque el 365 GT4/BB tenía más potencia, la mayor cilindrada del 512 BB ofrecía un par mayor y era más agradable de conducir.

El Berlinetta Bóxer participó en competiciones desde finales de los setenta hasta mediados de los ochenta, gracias principalmente al concesionario de EEUU, Luigi Chinetti. Su territorio favorito fue la categoría GT en Le Mans y, después de hacer los primeros coches de carretera con ligeras modificaciones, Chinetti persuadió a la fábrica para desarrollar una versión de carreras, el 512 BB LM, construido por el departamento de Asistencia al Cliente de Ferrari, en Módena. Su carrocería era radicalmente diferente y su evolución se hizo en el túnel de viento de Pininfarina. Se fabricaron dos pequeñas series para clientes privados, pero nunca participaron como coches oficiales. Sus resultados en Le Mans fueron una victoria en la categoría IMSA, un quinto puesto de la general en 1981 y un sexto en 1982.