La 365 GTC a remplacé la 330 GTC à la fin de l’année 1968. Visuellement, elle était quasiment identique à sa devancière, à l’exception de l’absence de sorties d’échappement sur l’avant des ailes, remplacées par un panneau à persiennes noires en forme de trapèze, placé à proximité de chaque coin du capot.

La seule autre différence extérieure résidait dans le petit écusson « 330 » apposé sur le coffre de la 330 GTC, écusson dont ne disposait pas la 365 GTC, sous celui de Ferrari. À l’intérieur, deux petites modifications ont été apportées au tableau de bord et à la console centrale, la plus évidente étant les deux orifices circulaires et directionnels du système de désembuage au centre de la partie supérieure du tableau de bord. Comme les modèles 330 GTC, les carrosseries ont été construites dans les ateliers turinois de Pininfarina, puis livrées entièrement découpées à Ferrari pour l’installation des composants mécaniques.

Les carrosseries étaient montées sur un châssis en acier tubulaire d’un empattement de 2 400 mm portant la référence 592C. De plus, tous les véhicules étaient numérotés selon la séquence de chiffres impairs des routières. Son agencement était presque identique aux modèles qu’elle remplaçait, car la seule modification mécanique apportée concernait la taille du moteur. Les jantes standard adoptaient le design standard à dix trous, comme sur le modèle précédent. De la même manière, des jantes à rayons Borrani étaient proposées en option.

La 365 GTC a hérité du même moteur que la 330 GTC, dans une version plus imposante, qui présentait des caractéristiques identiques à celles du moteur de la 365 GT 2+2 déjà en production lors de l’annonce de la 365 GTC. Il s’agissait d’un V12 doté d’un seul arbre à cames en tête par rangée, portant la référence 245/C, d’une cylindrée de 4 390 cc et d’un rapport alésage/course de 81 mm x 71 mm. Développant 320 CV, il était équipé d’une rangée de trois carburateurs double corps Weber 40 DFI/5 ou 40 DFI/7 et d’un distributeur à deux bobines monté à l’arrière.

La 365 GTC et sa consœur, la 365 GTS, ont été les deux derniers modèles annoncés avec un moteur doté d’un seul arbre à cames en tête par rangée, car bien que la production de la 365 GT 2+2 se soit terminée après celle de la 365 GTC, elle avait commencé avant cette dernière. La 365 GTC était dotée de la même boîte de vitesses 5 rapports et de la même suspension arrière indépendante que la 330 GTC. De plus, comme tous les modèles Ferrari depuis le début des années 60, elle était équipée de quatre freins à disques et d’un frein à main directement relié aux roues arrière.

La 365 GTC a été produite pendant une très courte période en 1970, principalement en raison de la législation sur les émissions entrant en vigueur aux États-Unis et dans d’autres pays du monde, et des implications tarifaires de la mise aux normes de véhicules produits en un nombre relativement réduit d’exemplaires. Au total, 168 exemplaires ont vu le jour, destinés à la conduite à droite comme à gauche et portant des numéros de châssis compris entre 11 589 et 12 785.