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La conception du 365 GTC était fondamentalement similaire à celle des 330 derniers GTC construits, la principale différence étant que les entrées d’air du compartiment moteur étaient maintenant sur le capot moteur et non plus sur les flancs. Des modifications plus importantes ont été apportées à la mécanique sophistiquée: le nouveau grand moteur V12 offrait un couple plus généreux à moyen régime, une plus grande flexibilité et une accélération plus vive. Environ deux cents ont été construits.
La 365 GTC a remplacé le modèle 330 GTC à la fin de 1968. Sur le plan visuel, il était pratiquement identique à son prédécesseur, à l'exception de l'omission des sorties d'air d'échappement sur les côtés des ailes avant, qui ont été remplacées par un panneau en plastique noir trapézoïdal à proximité de chaque fuite coin du capot.
La seule autre différence externe était que le modèle 330 GTC avait un petit badge de script "330" sur le couvercle du coffre sous le badge de script Ferrari, alors que le modèle 365 GTC ne comportait que le badge de script Ferrari. Sur le plan intérieur, de petits changements ont été apportés au tableau de bord et à la console centrale, le plus évident étant l’ajout de deux prises de désembuage directionnelles circulaires au centre du haut du tableau de bord. À l'instar des modèles 330 GTC, les carrosseries ont été fabriquées à l'usine Pininfarina de Turin, puis livrées entièrement garnies à Ferrari pour permettre le montage des composants mécaniques.
Les carrosseries étaient montées sur un châssis en acier tubulaire à empattement de 2400 mm portant les numéros de référence d'usine 592C et étaient numérotés dans l'ordre suivant utilisé pour la numérotation de châssis sur route. La disposition était pratiquement identique à celle des modèles remplacés, le seul changement mécanique intervenu ayant été la taille du moteur. Les roues de route standard étaient conçues en alliage à dix trous, comme sur leur prédécesseur, tandis que des roues en fil Borrani étaient également disponibles en option.
Le moteur était une version agrandie de celle équipant le 330 GTC et identique à celui des modèles 365 GT 2 + 2 déjà en production lors de l'annonce du modèle 365 GTC. Il s’agissait d’un seul arbre à cames en tête par groupe V12, de type usine 245 / C, d’une capacité de 4 390 cc, avec un alésage et une course de 81 mm x 71 mm. Il était équipé d'un groupe de trois carburateurs Weber 40 DFI / 5 ou 40 DFI / 7 à double étranglement, ainsi que d'un système d'allumage à double distributeur monté à l'arrière du moteur, pour produire une puissance revendiquée de 320 chevaux.
La 365 GTC et la soeur 365 GTS seraient les derniers modèles Ferrari à être annoncés avec un seul arbre à cames en tête par moteur de banque, car si le modèle 365 GT 2 + 2 était resté en production après le 365 GTC, il était déjà en production avant. La 365 GTC partageait la même boîte de vitesses à cinq rapports et une suspension arrière indépendante du modèle 330 GTC. Comme pour toutes les Ferrari depuis le début des années 60, des freins à disque aux quatre roues étaient équipés d'un frein à main à câble. aux roues arrière.
La production de la 365 GTC a été très brève en 1970, principalement en raison de la législation sur le contrôle des émissions entrée en vigueur aux États-Unis et ailleurs et des conséquences financières de son application sur des séries de voitures relativement peu productives. Au total, 168 exemples ont été produits dans la plage de numéros de châssis 11589 à 12785.
