Перебравшись в 1955 г. в Италию из своей родной Аргентины, Алехандро де Томазо попытал счастья на гоночных трассах, но его карьера в Формуле-1 была недолгой и безрезультатной. В 1959 г. Де Томазо открыл в Модене небольшую фирму по проектированию гоночных болидов - De Tomaso Automobili. Используя двигатели производства Ford и легкосплавные монококи, он добился некоторого успеха, что побудило его создать подобный по конструкции прототип для гонок на выносливость. В 1963 г. компания De Tomaso представила на Туринском автосалоне среднемоторный автомобиль с алюминиевым кузовом родстер от ателье Fissore, похожим на Porsche 550 Spyder. Модель получила название De Tomaso Vallelunga - в честь одноимённой трассы в окрестностях Рима. Де Томазо надеялся продать этот проект какому-нибудь известному автопроизводителю, но ни одна фирма не проявила к нему интереса. Тогда бизнесмен решил создать серийную версию De Tomaso Vallelunga. Для этого он обратился к дизайнеру Джорджетто Джуджаро, работавшему в то время в ателье Ghia, чтобы тот разработал новый двухместный кузов купе.

Основу конструкции Vallelunga составляла хребтовая рама из штампованной стали, к которой крепились два трубчатых подрамника: передний для радиатора и задний для силового агрегата. На них были установлены и А-образные рычаги полностью независимой подвески на пружинах со стабилизаторами поперечной устойчивости. 1.5-литровый рядный 4-цилиндровый двигатель OHV от Ford Cortina, мощностью 104 л.с., был смонтирован продольно перед ведущей задней осью. 4-ступенчатая механическая трансмиссия была позаимствована у Volkswagen Beetle, а её передачи - у Hewland. На всех колёсах стояли дисковые тормоза. Обтекаемый кузов из стеклопластика с колёсной базой 2310 мм изготовила Carrozzeria Ghia.

De Tomaso Vallelunga весила всего 726 кг и разгонялась до 212 км/ч, но уже на первых её испытаниях стало ясно, что автомобиль нужно полностью переделать. Недостаточная жёсткость хребтовой рамы, усугубляемая неправильной технологией сварки, создавала неразрешимые проблемы с вибрацией двигателя и трансмиссии. Исправить этот недостаток удалось на следующей модели, De Tomaso Mangusta. С 1964 по 1968 гг. было построено 58 экземпляров De Tomaso Vallelunga, включая пять алюминиевых прототипов.