Когда компания Ford представила свой Mustang, менеджеры General Motors не восприняли этот автомобиль как серьёзного конкурента, полагая, что американская молодёжь будет охотнее покупать модели Chevrolet с пакетом SS (Super Sport). Но когда за первые три месяца продажи Ford Mustang превысили 100000 единиц, в руководстве GM началась паника. Неожиданно для всех в 1964 г. на американском рынке зародился новый класс небольших спортивных машин ("пони-каров"), которые были рассчитаны на широкий круг покупателей с разными финансовыми возможностями. Пока этот сегмент был представлен лишь двумя моделями - Ford Mustang и Plymouth Barracuda, однако корпорация GM не могла и дальше оставаться в стороне, ведь единственное, что она могла предложить им в ответ - заднемоторную Chevrolet Corvair Monza. В 1964 г. началась разработка нового автомобиля Chevrolet под внутренним индексом XP-836. Она проводилась под руководством генерального директора Chevrolet Пита Эстеса и главы студии GM Styling Билла Митчелла, но основная заслуга в создании Chevrolet Camaro принадлежит главному инженеру Дону Макферсону, дизайнеру экстерьера Генри Хаге и дизайнеру интерьера Джорджу Энгерсбаху.

На ранних стадиях проект был известен под кодовым именем "Panther", но менеджер по продажам Боб Ланд был сторонником того, чтобы все названия моделей Chevrolet начинались с буквы "C". Он и придумал слово Camaro, производное от французского camarade ("друг, приятель"). Впоследствии представители компании шутили, что Камаро - это "маленький хищный зверь, питающийся мустангами". В этой фразе и заключалось основное назначение автомобиля: победить Ford Mustang в его ценовой категории. Поэтому конструкторы не стали придумывать ничего нового и спроектировали Chevrolet Camaro по образцу "Мустанга", используя в точности такую же 108-дюймовую (2743 мм) колёсную базу, заднеприводную компоновку, посадочную формулу 2+2 и несущий кузов с длинным капотом и коротким багажником. Если Mustang был построен на базе компактной модели Ford Falcon, то основой для Camaro стала Chevrolet Chevy II/Nova, у которой кузов тоже имел несущую структуру. Чтобы сделать дизайн машины функциональным, её макет исследовали в аэродинамической трубе. Мода на мускулы диктовала свои условия: Chevrolet Camaro получила слегка опущенные свесы, выступающие колёсные арки и сильный изгиб поясной линии над задними колёсами, определивший специфическую форму гнутых боковых окон.

Новая платформа, эксклюзивная для Chevrolet Camaro и Pontiac Firebird, была обозначена как F-body. Она включала отдельный передний подрамник для двигателя и трансмиссии, соединённый с несущим кузовом посредством резиновых креплений, чтобы минимизировать шум и вибрации. Передняя подвеска у Chevrolet Camaro была независимой, на поперечных рычагах неравной длины и винтовых пружинах со стабилизатором поперечной устойчивости, задняя - зависимой, на продольных однолистовых рессорах "Mono-Plate" с телескопическими амортизаторами. Под капотом Chevrolet Camaro устанавливались пять силовых агрегатов, большинство из них - от среднеразмерной модели Chevelle. Первые два были рядными 6-цилиндровыми верхнеклапанными моторами серии Turbo-Thrift, объёмом 3768 см3 (140 л.с.) и 4093 см3 (155 л.с.). Далее следовали двигатели V8 с малым блоком из серии Turbo-Fire: 5.4-литровый V8 327 мощностью 210 л.с. (с 2-камерным карбюратором) или 275 л.с. (с 4-камерным карбюратором и двойным выхлопом, опция L30) и 5.7-литровый V8 350 мощностью 295 л.с. (с 4-камерным карбюратором, опция L48), доступный только в модификации SS 350. Самым большим и мощным был 6.5-литровый V8 396 из серии Turbo-Jet, тоже привязанный к пакету SS. Он развивал 325 л.с. в варианте L35 или 375 л.с. в варианте L78 с 4-камерным карбюратором Holley и механическими толкателями клапанов. Тормозная система у Camaro была двухконтурной, с передними и задними барабанами.

Базовая Chevrolet Camaro отличалась чёрной пластиковой решёткой радиатора с хромированной окантовкой, открытыми одинарными фарами, расположенными рядом с ними круглыми подфарниками и горизонтальными задними фонарями в чёрной рамке с интегрированными белыми огнями заднего хода. В салоне она имела отдельные ковшеобразные передние сиденья, двухместный задний диван, виниловую отделку, ковровое покрытие пола, поясные ремни безопасности, трёхспицевый руль с утопленной ступицей и наклонную панель приборов с двумя утопленными круглыми датчиками. В такой комплектации, с 6-цилиндровым мотором и 3-ступенчатой механической коробкой передач с рычагом на рулевой колонке, купе стоило $2572, а кабриолет - $2809, что было сравнимо с начальной стоимостью среднеразмерной серии Chevelle Malibu. Но для Chevrolet Camaro предусматривался целый список из 80 заводских и 40 дилерских опций, позволявший индивидуализировать автомобиль на любой вкус и кошелёк. В него входили: 4-ступенчатая механическая коробка передач с рычагом на полу, 2-ступенчатая автоматическая трансмиссия Powerglide для 6-цилиндровых и небольших 8-цилиндровых моторов или 3-ступенчатая автоматическая Turbo Hydra-Matic для двигателей V8 350 и V8 396, самоблокирующийся дифференциал Positraction, передние дисковые тормоза, усилитель руля, усилитель тормозов, дополнительные приборы (включая тахометр), электрические стеклоподъёмники, электропривод мягкого верха (для кабриолета), виниловая крыша (для купе), тонированные стёкла, автономный отопитель, кондиционер, обогрев заднего стекла, круиз-контроль, радиоприёмник или стерео магнитофон, передние сиденья с подголовниками или сплошной диван, складывающееся заднее сиденье и множество аксессуаров в салоне.

Некоторые опции были собраны в пакеты RS (Rally Sport) и SS (Super Sport). Первый из них был не более, чем комплектом внешней отделки за $105. Он включал скрытые за отодвигающимися решётками передние фары, цельные задние фонари, прямоугольные подфарники (спереди) и огни заднего хода (сзади) под бамперами, хромированные молдинги на порогах и значки RS на решётке радиатора и на крышке бензобака, размещённой рядом с замком багажника. Что касается пакета SS, то за него требовалось доплатить $211, и за эти деньги покупатель получал более жёсткую подвеску, широкие шины D70 x 14" с красными полосками, двигатель V8 350 или V8 396, нефункциональные вентиляционные отверстия в капоте и поперечную полоску белого или чёрного цвета вдоль решётки радиатора. Можно было совместить два пакета в версии Camaro RS/SS. Со всем дополнительным оборудованием цена такого автомобиля превышала $5000. Особый статус имела полугоночная модификация Camaro Z28, которая даже не упоминалась в заводском каталоге.

Chevrolet Camaro поступила в продажу в сентябре 1966 г. Она выпускалась на фабриках в Норвуде (Огайо) и Ван Найс (Калифорния), а также на сборочных заводах в Бельгии, Швейцарии, Венесуэле, Перу и на Филиппинах. Несмотря на то, что Camaro ни в чём не уступала "Мустангу", а в некоторых отношениях была даже лучше, ей не удалось достичь даже половины от объёма продаж конкурентной модели. В 1967 г. было произведено 220917 единиц Chevrolet Camaro, из них 162109 - с 8-цилиндровыми двигателями. Из 25141 проданного в этом году кабриолета 100 экземпляров были копиями официального пейс-кара гонки Индианаполис-500 1967 г. - белой Chevrolet Camaro RS/SS 396 Convertible. 

В 1966 г. в рамках чемпионата SCCA была создана гоночная серия Trans-Am, до участия в которой допускались серийные автомобили группы II (по классификации FIA) с колёсной базой до 111" и двигателем объёмом менее 5 л. Почти сразу в лидеры на этих соревнованиях выбился Shelby Mustang, но в 1967 г. благодаря менеджеру Chevrolet по продвижению инженерных продуктов Винсенту Пиггинсу у него появился сильный конкурент - Chevrolet Camaro Z28. Эта модификация была создана специально для гонок Trans-Am, поэтому перед компанией стояла задача продать 1000 экземпляров, чтобы получить омологацию. Camaro Z28 можно было приобрести у любого дилера Chevrolet, но ни в одной рекламе о ней ничего не говорилось. До конца 1967-го модельного года было построено всего 602 экземпляра, зато в следующем году эта цифра выросла до 7199 единиц. В результате Chevrolet Camaro Z28 начала выступать в Trans-Am в составе команды Penske Racing. Гонщик Марк Донохью дважды (в 1968 и 1969 гг.) одержал на ней убедительную победу в чемпионате, прежде чем Camaro Z28 стала проигрывать своему главному сопернику - Ford Mustang Boss 302.

Фактически пакет опций RPO Z28, который стоил $400, включал только специальный двигатель V8 302 объёмом 4942 см3, разработанный на основе 5.4-литрового мотора V8 327. Он имел кованый короткоходный коленчатый вал, увеличенные клапаны, механические толкатели, алюминиевый впускной коллектор, высокую степень сжатия, двойной выхлоп и огромный 4-камерный карбюратор Holley 780 cfm. По официальным данным его мощность составляла 290 л.с., но этот показатель был сильно занижен, чтобы ввести в заблуждение страховые фирмы. На самом деле двигатель развивал свыше 350 л.с. при 6000 об/мин, а в варианте с двумя 4-камерными карбюраторами (доступном с 1968 г. за $500) - все 400 л.с. Обязательным оборудованием для Camaro Z28 были передние дисковые тормоза, 4-ступенчатая механическая коробка передач Muncie, усиленная подвеска, 15-дюймовые колёса с шинами 7,75 х 15" и двойные гоночные полосы на капоте и багажнике. Со всеми этими опциями стоимость пакета вырастала до $800, но многие покупатели шли дальше и заказывали для Camaro Z28 пакет RS с закрытыми фарами, задний спойлер, самоблокирующийся дифференциал Positraction и т.д. 

В 60-е гг. руководство GM разрешало устанавливать двигатели объёмом свыше 400 куб. дюймов (6.6 л) только на полноразмерные автомобили. Из-за этого Chevrolet Camaro не могла соревноваться в чемпионате по дрэг-рейсингу NHRA с такими конкурентами, как Ford Mustang 428 CJ и Plymouth Hemi 'Cuda. Но некоторые дилеры всё же пытались продавать Camaro в комплекте с 7-литровым мотором V8 427. В их числе избранных были фирмы Dana, Nickey и Baldwin-Motion, а также дилер Chevrolet из Кэнонсбурга (Пенсильвания) Дон Йенко. В 1967-1968 гг. Йенко заказывал на заводе серийные Chevrolet Camaro SS или RS/SS с двигателем V8 396 (L78) и 4-ступенчатой механической коробкой передач Muncie M21 или M22. Затем он покупал силовой агрегат V8 427 (L72) от модели Corvette и в оригинальном (425 л.с.) или доработанном (450 л.с.) виде ставил его на Camaro под новый стеклопластиковый капот с каплевидной выпуклостью, двумя воздуховодами и внешними защёлками. Автомобиль также комплектовался сверхпрочной подвеской, главной передачей с отношением 4,10:1, специальными колёсными дисками, задним спойлером, эмблемами Yenko и датчиками Stewart Warner. В 1967 г. Йенко продал 104 таких машины, в 1968 г. - 65, в 1969 г. - 201. Все они не считались серийными, и потому не допускались на заезды NHRA, в отличие от заводской модификации Camaro ZL-1 1969 г.