Mise au point en tout juste trois mois par une équipe dirigée par Mauro Forghieri, la 512 S est équipée d’un V12 en alliage d’environ cinq litres, avec quatre valves par cylindre. Le cadre de châssis tubulaire a été développé à partir de celui de la P4 et de la 612, et la carrosserie a été dessinée par Giacomo Caliri et fabriquée en polycarbonate pour un poids minimal. La 512 S a pris part aux Championnats du monde des constructeurs de 1970 et 1971 en tant que berlinetta et spider, et a remporté la victoire à Sebring et Kyalami.