C'est la première version du prototype sport avec cette dénomination, à ne pas confondre avec celle de 1971. Ferrari a appelé les deux autos de la même façon bien qu'elle ait eu un moteur complètement différent.
Cette voiture a été conçue en tenant compte des limitations de la CIA pour les voitures du groupe 6, où les moteurs ne peuvent dépasser une cylindrée de trois litres. Ferrari a décidé de ne pas partir dans ce groupe en 1968, mais a participé l'année suivante avec trois voitures avec un moteur similaire à celui de la monoplace, mis en place pour les courses d'endurance. Les voitures ont été conduites par les pilotes officiels de l'année 1969 et plus tard remis à Chinetti.
Suite au nouveau règlement du CSI, le championnat était ouvert aux voitures des Groupes 4 et 6. Le groupe 4 était ouvert aux voitures de sport d'une cylindrée maximale de cinq litres et d'une production minimale de 50 exemplaires. Les prototypes du Groupe 6 que Ferrari et Ford avaient mis sur le marché au cours des saisons précédentes ne disposaient plus que de trois litres de moteur. Utilisant une version beaucoup plus large du moteur P4, Ferrari a construit un nouveau bolide en 1968 pour participer au populaire et lucratif Canadian-American Challenge (Can-Am), qui a été couru sous les règlements très cléments du Groupe 7. Surnommée la 612 P, la nouvelle Ferrari n'était pas prête avant la toute dernière course de la saison et la machine peu testée n'a pas fait bonne impression. Pour attirer plus d'équipes et de constructeurs dans les courses de voitures de sport, les règles ont été modifiées une fois de plus pour 1969, bien qu'en détail seulement. La limite d'homologation pour les voitures du groupe 4 a été abaissée à 25 voitures, tandis que les limites relatives aux voitures du groupe 6, comme la largeur du pare-brise et le pneu de secours et le compartiment à bagages obligatoires, ont toutes été levées. Cela a ouvert de nouvelles opportunités pour Ferrari qui a pu utiliser le châssis de type 612 P en combinaison avec le moteur V12 et la boîte de vitesses de la Formule 1 pour créer un tout nouveau prototype du Groupe 6.
Dans la bonne tradition Ferrari, le moteur V12 de trois litres était basé sur le moteur de la voiture de sport à grand succès. Bien qu'avec son double arbre came à la pointe de la technologie et ses têtes à quatre soupapes par cylindre, il était facile de le confondre avec un moteur tout neuf. Ses racines de voiture de sport ont rendu le robuste V12 un peu trop lourd pour la Formule 1, mais c'était un bloc idéal pour les courses d'endurance. Ferrari a annoncé un chiffre de 420 ch pour le moteur à injection de carburant dans le championnat d'endurance. Accouplé à une boîte de vitesses à cinq rapports, le moteur a été accouplé à une version réduite du châssis semi-monocoque de la 612 P. Utilisé à la fois pour les voitures de sport de l'entreprise et pour les voitures de Formule 1, le semi-monocoque utilisait un châssis renforcé de tôles d'aluminium, tandis qu'une monocoque complète était construite en tôle seule. Achevé à la fin de 1968, la première "312 P" fut équipée d'une carrosserie barquette et de berlinette. La première 312 P (châssis 0868) a été présentée au public en décembre 1968 lors d'un lancement presse à l'hôtel Fini de Modène.
Dès le début, Ferrari n'a planifié que des activités de course limitées en 1969 avec l'ingénieur en chef Mauro Forghieri et des ressources considérables ont été consacrées à la conception et au développement d'un nouveau moteur de Formule 1 12 cylindres à plat. La première et, à ce moment-là, la seule 312 P a été endommagée pendant les essais. De ce fait, Ferrari n'a pas pu participer à la première manche du championnat à Daytona. Entièrement réparée, la 312 P a été inscrite aux 12 Heures de Sebring, confiée Chris Amon et Mario Andretti. Face à un contingent de Porsche 908 plus légères mais moins puissantes, la nouvelle Ferrari a impressionné avec une pole position juste devant une Lola T70 du Groupe 4. Des problèmes mécaniques ont gêné la 312 P pendant les premières heures de course, mais une fois réglés, la Ferrari a pris la tête de course avec une rapidité fulgurante. Une collision avec une autre voiture a endommagé le nez et, malgré les réparations, la voiture a souffert d'une surchauffe pendant le reste de la course. Néanmoins, la 312 P a réussi à se hisser à la deuxième place du classement général et à la première place de sa catégorie. Un deuxième châssis (0870) a été construit et engagé pour prochaine manche du championnat à Brands Hatch. Equipée de dérives et de "Gurney" flap très performants, la Ferrari s'est à nouveau emparée de la pole position et a finalement manqué la victoire à cause d'une crevaison dans les premiers tours et d'un câble d'accélérateur à la fin de l'épreuve.
Alors que la nouvelle 312 P était en compétition à Brands Hatch, le premier exemplaire a été engagé au Mans pour le week-end d'essais officiel. Conçue pour les tracés sinueux, la carrosserie Spyder s'est avéré être un gros handicap sur la longue ligne droite des Hunaudières. Mais c'était le cadet des soucis de Ferrari alors que Porsche déployait la toute nouvelle 917, construite selon la réglementation du Groupe 4. Dans une interprétation créative de la réglementation, le constructeur allemand a choisi de construire 25 exemplaires de son nouveau prototype de voiture de course. Propulsé par un moteur 12 cylindres à plat (Flat 12) de 550 ch, la 917 semblait prête à éclipser tout ce qui l'avait précédé. Malgré la mauvaise performance au Mans, les deux 312 P ont excellé sur la piste à grande vitesse de Monza lors de la prochaine manche du Championnat du Monde. Les deux voitures se sont qualifiées sur la première ligne en raison de leur vitesse supérieure dans les virages à grande vitesse. Malheureusement, les pneus Firestone des Ferrari ont beaucoup souffert et les deux voitures ont dû faire des arrêts imprévus. Les deux Ferrari n'ont pas réussi à atteindre l'arrivée. L'une abandonna sur problème moteur et l'autre à la suite d'un terrible accident causé par la perte du capot moteur.
Avec seulement une seule 312 encore roulante, Ferrari a choisi de sauter la Targa Florio et est revenue pour la manche des 1000 km du Championnat du Monde à Spa. C'est là que la 312 P Spyder a rencontré pour la première fois la Porsche 917 en course. Désormais pleinement homologuée dans le Groupe 4, la Porsche s'est facilement emparée de la pole position. La 917 n'a pas été forcée pendant la course et malgré un autre arrêt au stand imprévu pour réparer les dommages causés par un accident au début de la course, la 312 P a terminé très honorable seconde place. Le prochain rendez-vous était les 1000 km du Nürburgring avec comme principale adversaire la 908 Spyder. Comparée à la Ferrari, la Porsche à huit cylindres avait environ 60 ch de moins que la Ferrari, mais elle était plus légère et plus économe en carburant. Avec six Porsche sur la grille, la seule Ferrari était également en infériorité numérique. La 312 P s'est à nouveau qualifiée en première ligne et pendant la course a formé la seule opposition pour la flotte de Porsche. Malheureusement, la 312 s'est stoppée sur le circuit, juste après qu'Amon ait battu le record du tour. Le support du boîtier d'allumage s'était rompu. Porsche a remporté la course et le Championnat.
Pour remédier aux problèmes de traînée au Mans, les ingénieurs de Ferrari avaient développé une carrosserie de coupé très propre autour d'un pare-brise de 206 SP Dino plus court. Le deuxième châssis a été remis en état et un troisième châssis (0872) a été construit pour remplacer celui accidenté à Monza. Comme Ferrari avait officiellement inscrit les châssis 0868 et 0870 dans la course, le nouveau châssis a été estampillé 0868 pour éviter des problèmes administratifs. La Porsche 917 a de nouveau montré sa vitesse supérieure lors des qualifications, mais peu de gens pensaient qu'ils avaient une chance réelle dans la course. La première a abandonné de façon dramatique dès le premier tour de course, lors d'une violente sortie de route à Maison Blanche, emportant la vie du pilote John Woolfe. A bord d'une des 312 P, le malchanceux Chris Amon a heurté des débris de la Porsche et a également vu sa course se terminer au cours du premier tour. La Ferrari survivante s'est avérée plus rapide que les Porsche. Malheureusement, un problème stupide a une fois de plus empêché la Ferrari d'atteindre l'arrivée. Cette fois-ci, c'est un écrou de retenue de la boîte d'engrenages qui s'est desserré, ce qui a causé une fuite d'huile. Le problème a été résolu deux fois, mais la boîte de vitesses a fini par céder. À 5 h 30 ce dimanche matin-là, les Ferrari étaient toutes hors course.
L'arrivée de la Porsche 917 avait changé la donne et Ferrari savait que la 312 P ne pourrait pas être une vraie concurrente une fois que les Allemands auraient réglé les problèmes de jeunesse de la 917. Immédiatement après Le Mans, Ferrari a commencé le développement d'une voiture de course du Groupe 4. Surnommée la 512 S, elle sera utilisée par l'équipe usine pendant la saison 1970.
Les deux 312 P qui avaient couru au Mans ont été vendues à l'agent américain de Ferrari Luigi Chinetti, le North American Racing Team (N.A.R.T.). Le premier châssis a été réparé, équipé d'un moteur 612 P et remis à Pininfarina, qui l'a transformé en 512 S Concept présentée à Turin fin 1969. Dans les mains de N.A.R.T. les deux 312 P n'ont pas pu se battre pour les victoires générales, mais elles ont remporté plusieurs victoires de classe dans des courses majeures comme les 24 heures de Daytona et les 12 heures de Sebring. Elles ont finalement été éclipsées par la nouvelle 312 P à moteur 12 cylindres Boxer de Ferrari, plus communément appelée la 312 PB, qui a fut engagée dans la classe Group 4 avec beaucoup de succès à partir de 1971.