La 512 BB a été annoncée au Salon de l’automobile de Paris en 1976 en remplacement de la 365 GT4/BB. Elle a été produite jusqu’en 1981, avant de laisser place à la 512 BBi, sur laquelle les carburateurs ont été remplacés par un système d’injection. Au total, 929 exemplaires de ce modèle ont été produits sous les numéros de châssis 19 677 à 38 487. Le nom du nouveau modèle étant beaucoup plus facile à prononcer que celui de son prédécesseur, il marque une rupture avec la tradition de Ferrari, qui voulait que le nom des modèles fasse référence à la cylindrée. Ferrari a au contraire poursuivi le thème lancé avec la série Dino, qui faisait référence à la capacité totale du moteur et au nombre de cylindres. Le nom évoquait le moteur 12 cylindres de 5 litres du véhicule. La partie « BB » conserve la même signification, à savoir « Berlinetta Boxer », une référence aux deux rangées de six cylindres à plat opposés. Les principes de base, la forme et les caractéristiques sont similaires à ceux du modèle précédent, à quelques différences visuelles près. La principale différence, qui n’est pas visible de l’extérieur, concerne l’augmentation de la capacité du moteur.

Les différences visuelles entre la 512 BB et la 365 GT4/BB se situent principalement au niveau de l’avant et de l’arrière. Le panneau avant inférieur a été doté d’un becquet et à l’arrière, les six feux et les six sorties d’échappement ont laissé place à quatre grands feux circulaires et à quatre sorties d’échappement. Les quatre feux arrière rappellent ceux du prototype original présenté au Salon de Turin en 1971. Le panneau arrière maillé de la 365 GT4/BB a été remplacé par un panneau à persiennes horizontales noir satiné et la disposition des persiennes a été modifiée sur le capot moteur. La carrosserie bénéficie de prises d’air NACA à l’avant des passages de roue arrière pour refroidir le système d’échappement, tandis que la voie arrière est passée de 1 520 mm à 1 563 mm.

La carrosserie est montée sur un châssis d’un empattement de 2 500 mm portant la référence F 102 BB 100 et tous les châssis sont numérotés selon la séquence impaire des numéros de châssis des routières. La construction s’est effectuée selon les mêmes principes que pour la 365 GT4/BB : cadre de châssis en acier tubulaire avec cellule centrale monocoque. Toujours à l’image de la 365 GT4/BB, les modèles 512 ont été proposés en conduite à gauche ou à droite, mais aucune version n’a été conçue pour le marché américain. Les jantes de série comportent cinq branches avec papillon central (moyeu Rudge). Les normes législatives de certains marchés imposent toutefois l’utilisation d’un large écrou central octogonal. Les roues sont équipées de freins servo-assistés à disques ventilés à doubles circuits hydrauliques. Les suspensions indépendantes s’appuient sur des triangles, des ressorts hélicoïdaux et des amortisseurs hydrauliques sur les deux unités arrière, avec des barres antiroulis avant et arrière.

Le moteur 12 cylindres à plat (référence F 102 B 000) présente la même configuration que celui de la 365 GT4/BB, mais une cylindrée de 4 943 cc et un rapport alésage/course de 82 mm x 78 mm. Il est équipé de deux arbres à came en tête entraînés par courroie par rangée de cylindres et la construction de base, les principes de fonctionnement et la disposition du moteur et de la transmission sont identiques à ceux de la 365 GT4/BB, à l’exception du système de lubrification à carter sec et de l’embrayage hydraulique. La 512 BB était équipée de quatre carburateurs triple corps Weber 40 IF 3C avec un seul distributeur entraîné par l’arbre à came d’admission arrière gauche et un système d’allumage électronique pour générer 340 bhp. S’il développe moins d’énergie que celui de la 365 GT4/BB, son moteur plus gros offre un meilleur couple et une plus grande maniabilité du véhicule.

La Berlinetta Boxer s’est illustrée dans la compétition de la fin des années 70 au milieu des années 80, principalement sous l’impulsion du concessionnaire pour le marché américain Luigi Chinetti. Son terrain de jeu favori était le Mans en catégorie GT. Il a convaincu Ferrari de développer à partir des routières légèrement modifiées une version racing, la 512 BB LM, qui a été fabriquée dans l’usine Ferrari de Modène, avec une carrosserie entièrement modifiée développée dans la soufflerie de Pininfarina. Deux séries limitées destinées à des clients particuliers ont été produites, mais n’ont jamais été utilisées pour des courses en équipe. Les meilleurs résultats obtenus au Mans font état d’une victoire dans la catégorie IMSA, de la 5e place au classement général en 1981 et de la 6e place au classement général en 1982.