До 1964 г. все автомобили марки Ferrari с кузовом Berlinetta (двухместный фастбэк) создавались исключительно для гонок и попадали на рынок только для соблюдения правил омологации. Ferrari 275 GTB нарушила эту традицию: она была в первую очередь серийной, а не гоночной моделью. Представленная на Парижском автосалоне 1964 г., она пришла на смену Ferrari 250 GT/L, у которой унаследовала только усечённый хвост с круглыми фонарями и колёсную базу, равную 2400 мм. Во всём остальном Ferrari 275 GTB была похожей на легендарную Ferrari 250 GTO в версии 1964 г. Её дизайн был менее агрессивным, но таким же аэродинамически эффективным. Сходство с GTO придавали утопленные фары под прозрачными обтекателями, вертикальные щели в передних крыльях и плавно изогнутые задние крылья. Крыша имела несколько иную форму: опускаясь к заднему бамперу, она сужалась, при этом в задних стойках были проделаны тройные отверстия для вентиляции салона. Маленькое заднее стекло сильно ограничивало обзор, зато панорамное переднее полностью компенсировало недостающую площадь остекления. Автомобили первой серии (1964-1965), известные как "Short Nose", отличались коротким передним свесом с широкой клетчатой решёткой радиатора и передним бампером из двух угловых элементов. В сентябре 1965 г. модель прошла лёгкую модернизацию: носовая часть стала длиннее и ниже, решётка радиатора - меньше, площадь заднего стекла увеличилась, а петли крышки багажника были вынесены наружу. Эту версию обычно называют "Long Nose".

Кузов Ferrari 275 GTB разработала фирма Pininfarina, но изготавливался он в Модене на фабрике Scaglietti, из стали (Acciaio) или алюминиевого сплава (Lega) на выбор покупателя. Сама Pininfarina построила только один экземпляр, представленный на Франкфурском автосалоне 1965 г. и принадлежавший лично Баттисте Пининфарине. В основу Ferrari 275 GTB была положена отдельная рама из двух продольных труб овального сечения, соединённых рядом поперечин. Объём двигателя Colombo V12 вырос до 3286 см3 (при делении на количество цилиндров - 275 см3, отсюда и название модели), но его конструкция не изменилась: алюминиевый блок и головки, угол развала 60°, один верхний распределительный вал (SOHC), два клапана на цилиндр. В стандартном варианте с тремя 2-камерными карбюраторами Weber мощность составляла 280 л.с., в дополнительном с шестью карбюраторами - 290 л.с. Для лучшего распределения веса мотор был сдвинут за переднюю ось, а 5-ступенчатая механическая коробка передач находилась сзади, в одном блоке с дифференциалом (схема transaxle) - впервые в истории Ferrari. Кроме того, Ferrari 275 GTB была первым автомобилем компании, оснащённым независимой задней подвеской, на двойных поперечных рычагах и пружинах с амортизаторами Koni и стабилизатором поперечной устойчивости. Аналогичное устройство использовалось спереди. В комплектацию входили передние и задние дисковые тормоза и 14-дюймовые легкосплавные колёса, за доплату - спицованные от Borrani.

С 1964 по 1968 гг. было произведено в общей сложности 758 единиц Ferrari 275 GTB, из них 237 единиц приходилось на серию "Short Nose", 190 единиц - на "Long Nose" и 330 единиц - на модификацию 275 GTB/4. Кроме этих автомобилей, под индексом Ferrari 275 выпускались кабриолеты Ferrari 275 GTS и родстеры Ferrari 275 GTB/4S NART Spyder, а также серия гоночных купе Ferrari 275 GTB Competizione и среднемоторные спорт-прототипы Ferrari 275 P и 275 P2.

В 1964 г. команда Ferrari не соревновалась в классе GT в знак протеста против отказа инспекторов FIA предоставить омологацию среднемоторному автомобилю Ferrari 250 LM, который Феррари пытался преподнести как модификацию Ferrari 250 GT. Это привело к победе американцев на Shelby Cobra, но в 1965 г. Ferrari решила взять реванш с помощью гоночной версии 275 GTB. Под руководством Мауро Форгьери для неё была разработана новая рама из стальных труб меньшего диаметра. Автомобиль также получил более жёсткую подвеску и 3.3-литровый двигатель V12 SOHC с шестью карбюраторами Weber и сухим картером, мощностью 300 л.с. Первые четыре экземпляра, известные как Ferrari 275 GTB Competizione Speciale, имели кузов в стиле Ferrari 250 GTO, с низким обтекаемым носом, тремя воздуховодами над решёткой радиатора, воздухозаборником на капоте и вентиляционными отверстиями в задних крыльях. Он был сделан на фабрике Scaglietti из тонких алюминиевых панелей. С учётом облегчённого интерьера и пластиковых стёкол его вес удалось сократить примерно на 150 кг.

Инженеры Ferrari постарались соблюсти все требования FIA, но омологационная комиссия всё равно нашла, к чему придраться. Оказалось, что Ferrari 275 GTB Competizione на несколько кг легче, чем предусмотрено регламентом для класса GT, следовательно, её можно отнести только к категории прототипов. Услышав это заключение, Энцо Феррари пригрозил вообще уйти из автоспорта, и только тогда FIA пошла на уступки и всё-таки дала ему омологацию. К тому времени Ferrari 275 GTB Competizione Speciale уже проявила себя в Targa Florio и Нюрбургринге, опередив всех конкурентов в классе GT. Лучший результат она показала в 24-х часах Ле-Мана 1965 г., где Вилли Мариес и Жан Блатон из команды Ecurie Francorchamps заняли 3-е место в общем зачёте и 1-е в своём классе. До конца года было построено ещё 10 единиц Ferrari 275 GTB Competizione с кузовом в стиле "Short Nose".

Следующая серия из 12-ти автомобилей Ferrari 275 GTB/C была выпущена в 1966 г. и предназначалась только для клиентов. 3.3-литровый двигатель с тремя карбюраторами мощностью 280 л.с. и алюминиевый кузов она разделяла с Ferrari 275 GTB "Long Nose", но была немного легче. В сезоне 1966 г. эта модификация заняла 4-е место в своём классе и 24-е в общем зачёте в гонке Targa Florio, а также первые два места в своём классе и 8-е и 10-е места в общем зачёте в Ле-Мане. Самыми ценными из гоночных Ferrari 275 GTB на сегодняшний день являются три сохранившихся экземпляра Competizione Speciale: один из них в 2014 г. был продан на аукционе RM в Монтерее за $26400000. 

Вместе с Ferrari 275 GTB на Парижском автосалоне 1964 г. была представлена и новая модель с открытым верхом - Ferrari 275 GTS (Spyder). В сравнении с купе она выглядела более консервативно, напоминая позднюю версию Ferrari 250 GT California с открытыми фарами. Вместо усечённого хвоста, мускулистых задних крыльев или плавников она получила гладкую округлую корму с горизонтальными задними фонарями и разделённым на две части бампером. Все кузова строились из стали на фабрике Pininfarina в Турине. Шасси с колёсной базой 2400 мм у Ferrari 275 GTS было таким же, как у 275 GTB, с независимой задней подвеской и 5-ступенчатой коробкой передач в одном блоке с дифференциалом. Алюминиевый двигатель V12 SOHC объёмом 3286 см3 с тремя карбюраторами Weber был дефорсирован до 260 л.с., но обеспечивал больше крутящего момента на низких оборотах. С 1964 по 1966 гг. компания продала ровно 200 кабриолетов. Потом на смену Ferrari 275 GTS пришла 4-литровая Ferrari 330 GTS, которая отличалась более обтекаемым носом от Ferrari 500 Superfast. 

В середине 60-х гг. у Ferrari 275 GTB появились такие сильные конкуренты на рынке, как Iso Grifo, Bizzarrini 5300 GT, Maserati Ghibli и Lamborghini Miura. Чтобы не отставать от них по динамическим характеристикам, в 1966 г. Ferrari представила на Парижском автосалоне новую модификацию Ferrari 275 GTB/4. Внешне она ничем не отличалась от серии 275 GTB "Long Nose", кроме небольшой выпуклости на капоте. Но под этой выпуклостью скрывался первый двигатель Ferrari с четырьмя верхними распределительными валами (DOHC). Это был всё тот же мотор Colombo V12 объёмом 3286 см3, оборудованный специальными головками с двумя клапанами на цилиндр под углом 54°, шестью 2-камерными карбюраторами Weber, двойным зажиганием и сухим картером ёмкостью 16 л. Мощность была увеличена до 300 л.с., максимальная скорость - до 268 км/ч. Силовой агрегат был соединён с 5-ступенчатой коробкой передач при помощи торсионной трубки, которая значительно сократила шум и вибрации. Как и раньше, кузов производства Scaglietti был доступен в двух вариантах: стальном (Acciaio) или алюминиевом (Lega). С 1966 по 1968 гг. было произведено 330 единиц Ferrari 275 GTB/4. Заменой для этой модели стала Ferrari 365 GTB/4 Daytona. 

Когда Ferrari 275 GTB только поступила в производство, американский импортёр Ferrari Луиджи Чинетти обратился к Энцо Феррари с предложением создать её открытую версию наподобие Ferrari 250 GT California. Первоначально Коммендаторе отклонил эту идею в пользу отдельной модели Ferrari 275 GTS, но с появлением Ferrari 275 GTB/4 он всё-таки поддержал проект, возложив на Чинетти все финансовые вопросы. Чинетти закупил 10 шасси 275 GTB/4 и отправил их в ателье Scaglietti, где на основе стандартного купе был разработан двухместный кузов Spyder. Модификация получила название Ferrari 275 GTB/4S NART Spyder, где аббревиатура NART означала "North American Racing Team". Первые два кузова были сделаны из алюминия, остальные - из стали.

В 1967 г. Чинетти выставил первый экземпляр Ferrari 275 GTB/4S NART Spyder в гонке 12 часов Себринга, где он занял 2-е место в своём классе и 17-е в общем зачёте. Затем автомобиль был перекрашен и снимался в фильме "The Thomas Crown Affair" (1968) с Фэй Данауэй и Стивом Маккуином (который заказал себе другой такой же родстер). Журнал Road & Track в 1967 г. назвал NART Spyder "самым удовлетворительным спортивным автомобилем в мире". До запуска в серию модели Daytona в 1969 г. все 10 экземпляров были проданы. Теперь они входят в список самых ценных Ferrari: в 2013 г. машина с номером шасси #10709, ранее принадлежавшая только одному владельцу, была продана на аукционе RM за $27500000.