La 365 GTS spider a remplacé la 330 GTS à la fin de l’année 1968, même si le premier véhicule n’est sorti des ateliers qu’en 1969. 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, à proximité de chaque coin du capot.

La seule autre différence extérieure résidait dans le petit écusson « 330 » apposé sous celui de Ferrari sur le coffre de la 330 GTS, écusson dont ne disposait pas la 365 GTS. 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 GTS, les carrosseries ont été construites dans les ateliers turinois de Pininfarina, puis livrées entièrement découpées à Ferrari pour l’installation des composants mécaniques.

En position fermée, le toit ouvrant de la 365 GTS était maintenu par une paire de crochets sur la partie supérieure avant du véhicule. Il était recouvert par une protection en vinyle clipsable lorsqu’il était replié dans un renfoncement placé derrière les sièges. Ce modèle était par ailleurs identique à la 365 GTC. Les carrosseries étaient montées sur un châssis d’un empattement de 2 400 mm portant la référence 592C. Tous les véhicules étaient numérotés selon la séquence de chiffres impairs des routières, entre 12 163 et 12 493, et destinés à la conduite à gauche. La conception de ce modèle était presque identique à celle de ceux qu’il 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 GTS a hérité du même moteur que la 330 GTS, 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 GTS. 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 GTS et sa petite sœur la 365 GTC 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 et de la 365 GTS, elle avait commencé avant ces dernières. La 365 GTS était dotée de la même boîte de vitesses 5 rapports et de la même suspension arrière indépendante que la 330 GTS. De plus, comme tous les modèles Ferrari depuis le début des années 60, elle était équipée de quatre freins à disque et d’un frein à main directement relié aux roues arrière.

La 365 GTS a été produite pendant une période très courte et a été supprimée de la gamme au cours de l’année 1969. Avec 20 exemplaires produits, il s’agit de l’un des modèles plus rares de la période.