Verso la fine del 1968 il modello 330 GTC fu sostituito dalla 365 GTC. Visivamente la nuova macchina era quasi identica alla vettura genitrice, a parte la scomparsa degli sfoghi aria ai lati dei parafanghi anteriori che furono sostituiti da due grate trapezoidali di plastica nera, site ai lati della parte superiore del cofano motore.

L’unica altra differenza visibile all’esterno era che nei modelli 330 GTC era presente una piccola scritta “330″ sul cofano bagagli, sotto il logo “Ferrari”, mentre le 365 GTC avevano solo quest’ultimo logo. All’interno ci furono piccoli cambiamenti sul cruscotto e nella console centrale: il più evidente fu l’adozione di due uscite circolari e direzionabili per la ventilazione dell’abitacolo, poste sul centro della plancia. Come i modelli 330 GTC, i corpi vettura erano costruiti nelle officine Pininfarina a Torino, in seguito erano inviati già completi e rifiniti alla Ferrari, dove erano installate le parti meccaniche.

La carrozzeria era montata su un telaio avente un passo di 2400 mm e numero di riferimento interno 592C: tutti ebbero la numerazione in cifre dispari, tipica delle Ferrari stradali. Il progetto era virtualmente identico a quello del modello precedente, poiché l’unica variazione intervenuta riguardò solo la cilindrata del motore. Le ruote stradali di serie erano in lega leggera e avevano un disegno con dieci fori, come sui modelli precedenti. Erano sempre disponibili come optional le ruote a raggi Borrani.

Il propulsore era una versione maggiorata di quello installato sulle 330 GTC, ed era identico a quello utilizzato sui modelli 365 2+2 che erano già in produzione quando la 365 GTC fu annunciata. Era un V12 con singolo albero a camme in testa per bancata di cilindri, il suo numero di riferimento interno era 245/C, la cilindrata raggiungeva i 4390cc con alesaggio e corsa pari a 81 mm x 71 mm. L’alimentazione era assicurata da una batteria di tre carburatori doppio corpo che potevano essere Weber 40 DFI/5 o 40 DFI/7. Era presente una doppia bobina e il sistema d’accensione aveva doppi distributori posti sul retro del motore, la potenza dichiarata era di 320 cavalli.

La 365 GTC e la vettura sorella 365 GTS sarebbero state gli ultimi modelli Ferrari presentati al pubblico ad avere un singolo albero a camme in testa per bancata di cilindri: è vero che i modelli 365 GT 2+2 furono prodotti anche dopo l’uscita di scena della 365 GTC, ma entrarono in linea di montaggio prima di quest’ultima. Le 365 GTC condivideva la medesima trasmissione transaxle a cinque velocità e un sistema di sospensioni a ruote indipendenti, simile a quello del modello 330 GTC. Come tutte le Ferrari prodotte fin dall’inizio degli anni sessanta era dotata di freni a disco sulle quattro ruote, mentre il freno a mano agiva sul treno posteriore ed era azionato tramite un cavo.

La 365 GTC ebbe un periodo di produzione molto breve anche negli anni settanta: ciò fu dovuto principalmente all’entrata in vigore, negli Stati Uniti e altrove, di nuove legislazioni riguardanti le emissioni dei veicoli, e le implicazioni economiche per adeguare una serie di vetture così numericamente limitata sarebbero state troppo onerose. La produzione della 365 GTC continuò quindi fino al 1970 e contò 168 veicoli realizzati, sia con guida a destra sia con volante a sinistra. Le numerazioni dei loro telai sono comprese nell’intervallo tra l’11589 e il 12785.