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La version sportive de la 330 GTC, la GTS a été présentée au Mondial de l'Automobile de Paris en octobre 1966. Elle possédait le même train de roulement V12 que le coupé 330 GTC qui, à son tour, fut développée à partir du moteur conçu pour la 400 Superamerica. Pininfarina a de nouveau proposé un design très épuré et élégant qui a immédiatement fait fureur auprès des admirateurs de la marque. Le GTS a aidé Ferrari à consolider sa réputation de constructeur de voitures de sport cabriolet de luxe et de haute performance.
Après le lancement de la 330 GTC Coupé au Salon de Genève 1966, la version 330 GTS "spyder" est disponible plus tard dans l'année, avant d'être présentée au Salon de Paris 1966, et remplace la 275 GTS de la gamme. Il s'agissait d'une conception Pininfarina, assemblée à leur usine de Turin, puis livrée entièrement rognée à Ferrari pour le montage des composants mécaniques.
En dehors de son toit décapotable, la 330 GTS était identique à la 330 GTC, et comme pour ce modèle, elle était inhabituelle pour Ferrari, car elle avait un badge de modèle sur le coffre, indiquant " 330 ". Avant cela, seules quelques rares voitures avaient une identité de modèle, et celles qui en avaient une étaient normalement des "Speciales". Le nez présentait une calandre ovoïde mince et saillante, des phares dans des évidements peu profonds sur la face avant des ailes, qui avaient des ouïes à triple grille sur les côtés, délimitées par une mince bande de garniture lumineuse sur trois. Ceci a été marié à une partie arrière qui a été utilisée pour la première fois sur la 275 GTS précédente, pour produire un design harmonieux, léger et élégant qui a comporté des quarts de pare-chocs minces à chaque coin.
Le toit rabattable de la 330 GTS était retenu par une paire d'agrafes excentrées sur le rail supérieur du par-brise en position relevée, tandis qu'une protection en vinyle à clipser le recouvrait lorsqu'il était rangé dans un évidement derrière les sièges. La production du modèle 330 GTS s'est poursuivie jusqu'à la fin de 1968, lorsqu'il a été amélioré avec un moteur de 4,4 litres et des changements esthétiques mineurs, pour devenir le modèle 365 GTS. Il a été produit sous forme de conduite à droite et à gauche, dans l'ordre des numéros de châssis impairs utilisé à l'époque, et 100 exemplaires ont été produits dans la série de numéros de châssis 08899 à 11713.
Les carrosseries étaient montées sur un châssis tubulaire d'acier à empattement de 2 400 mm portant le numéro de référence d'usine 592, et la disposition principale était très similaire à celle des modèles GTB 275 produits en parallèle, car la disposition mécanique était pratiquement identique. Les roues de route standard étaient de 7L x 14 pouces, équipées de pneus 205 x 14 pouces, d'un design élégant et lisse en alliage 10 trous, similaire à ceux utilisés sur les modèles Ferrari de compétition sportive de l'époque, avec une roue à rayons sur le moyeu Rudge, avec roues à rayons Borrani en option. Tous les modèles de la série étaient équipés de freins à disque de Girling à quatre roues, avec un frein à main à câble actionnant des étriers séparés sur les disques arrière. Comme pour la 275 GTS, un toit rigide était disponible en option sur la 330 GTS en cours de production, mais il était rarement spécifié.
Il s'agissait d'une plus grande version du moteur de la 275 GTB, dont les spécifications étaient pratiquement identiques à celles des derniers modèles de la série 330 GT 2+2 : un V12 à un seul arbre à cames en tête lubrifié par carter humide, avec référence 209/66, de 3 967 cm3, d'une cylindrée de 77 x 71 mm. Il était équipé d'une batterie de trois carburateurs Weber 40 DCZ/6 ou 40 DFI/2 à double corps, avec une double bobine et à l'arrière du système d'allumage du distributeur monté sur le moteur, pour produire une puissance de 300 ch. Les seules modifications importantes apportées aux spécifications mécaniques au cours de la production ont été le remplacement des radiateurs d'huile plus un système d'alimentation en carburant modifié et une boîte de vitesses à pulvérisation de molybdène avec anneaux de synchronisation à mailles synchrones du châssis 09939.
La 330 GTS partageait la même configuration de transmission et de suspension arrière que la 275 GTB d'après avril 1966 : deux points de montage moteur et deux points d'appui de boîte-pont, avec un tube de couple rigide reliant les deux pour former un tout solide. La boîte-pont était un type 592/1369 à 5 vitesses, avec ressort hélicoïdal indépendant, suspension arrière à bras triangulaire et amortisseurs Koni. La suspension avant indépendante était composée de bras triangulaires de longueur inégale avec ressorts hélicoïdaux et amortisseurs hydrauliques Koni, tandis que la direction était à vis sans fin et à rouleaux sans assistance électrique.
La "Harrah Targa", une conversion apparue aux États-Unis sur un châssis 10913 de 330 GTS (330 GTS), a été une "Speciale" digne d'intérêt (mais pas par Ferrari). William Harrah à Reno, Nevada, était le concessionnaire Ferrari de la région de l'Ouest au moment de l'achat du châssis 10913, et était célèbre pour son énorme collection de voitures. Les travaux de transformation à une configuration de toit Targa (la première sur un modèle Ferrari) ont été effectués dans ses ateliers.
Il est équipé d'un arceau à rouleau recouvert d'acier inoxydable, d'un panneau de toit amovible recouvert de vinyle noir, d'un long pare-brise arrière en plexiglas teinté et d'un couvercle de coffre plus court que le modèle standard. Fait inhabituel pour lui, il n'a pas gardé la voiture très longtemps.
