Lors de ses débuts au Salon de Paris en 1976, la 512 BB était équipée d'une version 5 litres du boxeur 12 cylindres. Le nouveau moteur s'est avéré un grand succès, offrant la même puissance à bas régime, un meilleur couple et un débit plus doux que la version précédente de la 365 GT4 BB. La carrosserie Pininfarina ne différait que légèrement du modèle précédent dans certains détails, ce qui la rendait non seulement encore plus élégante, mais contribuait également à améliorer le refroidissement du moteur.
La 512 BB a été annoncée au Salon de Paris en 1976, en remplacement de la 365 GT4/BBB, et a poursuivi sa production jusqu'en 1981 où elle a été remplacée par la 512 BBi, sur laquelle l'injection de carburant a remplacé les carburateurs. Au total, 929 exemplaires ont été produits au cours de cette période dans la gamme des numéros de châssis 19677 à 38487. Le titre du nouveau modèle était beaucoup moins bouché que celui de son prédécesseur, et rompait avec la pratique Ferrari standard consistant à se référer au volume balayé d'un seul cylindre. Au lieu de cela, il a continué le thème commencé avec la série Dino, de se référer à la capacité totale du moteur et le nombre de cylindres. Il s'agissait donc d'un moteur de 5 litres à 12 cylindres. La partie "BB" du titre du modèle avait la même signification qu'avant "Berlinetta Boxer", une référence aux deux rangées de six cylindres qui se trouvaient dans une disposition horizontale opposée. Les principes de base, la forme et les caractéristiques étaient similaires à ceux du modèle qu'il remplaçait, mais il y avait de petites différences visuelles qui différenciaient les deux voitures, tandis que sous la peau la plus grande différence était la capacité accrue du moteur.
Visuellement, les différences entre le 512 BB et le 365 GT4/BB se situaient principalement autour du nez et de la queue. Le panneau inférieur du nez comprenait maintenant un aileron au menton et, à l'arrière, les trois feux arrière et les trois tuyaux d'échappement ont cédé la place à de grandes lentilles circulaires jumelées et à des tuyaux d'échappement jumelés. La disposition des feux arrière jumelés reflétait celle du prototype original présenté au Salon de Turin en 1971. Le panneau arrière en maille de la 365 GT4/BB a été remplacé par un panneau à lamelles horizontales à finition noire satinée, avec de nouvelles modifications de la disposition des lamelles sur le couvercle du moteur. Les côtés de la carrosserie ont reçu des conduits NACA à l'avant des passages de roue arrière pour refroidir le système d'échappement, tandis que la voie arrière a été augmentée de 1520mm à 1563mm.
La carrosserie était montée sur un châssis à empattement de 2500 mm, portant le numéro de référence d'usine F 102 BB 100, et tous étaient numérotés dans la séquence des voitures de route portant le numéro de châssis impair. La construction a suivi les mêmes principes que celle de la 365 GT4/BB d'un châssis en tube d'acier avec une cellule centrale monocoque. Comme pour la 365 GT4/BB, les modèles 512 étaient disponibles en version conduite à droite ou à gauche, mais aucune version du marché américain n'a jamais été réalisée. Les jantes de route standard étaient en alliage à cinq rayons en forme d'"étoile", avec une casserole sur un moyeu Rudge, bien que des exigences législatives dans certains marchés aient dicté l'installation d'un grand écrou octogonal de moyeu. Les roues couvraient de gros freins à disque ventilés avec deux circuits hydrauliques jumelés et assistance par servo-assistance. La suspension indépendante a été fournie tout autour, par l'intermédiaire de bras triangulaires, de ressorts hélicoïdaux et d'amortisseurs hydrauliques, avec deux unités arrière jumelées, ainsi que des barres anti-roulis avant et arrière.
Le moteur plat à douze cylindres était de la même configuration que celui de la 365 GT4/BB, mais avec une cylindrée de 4943 cm3, un alésage et une course de 82 mm x 78 mm et une référence usine F 102 B 000. Il était équipé de deux arbres à cames en tête entraînés par courroie, avec la construction de base, les principes de fonctionnement et la disposition du moteur et de la transmission, en plus de l'adoption de la lubrification à carter sec et d'un embrayage à commande hydraulique, le même que la 365 GT4/BB. La 512 BB était équipée de quatre carburateurs Weber 40 IF 3C à triple starter, avec un seul distributeur, entraîné par l'arbre à cames arrière gauche et le système d'allumage électronique, pour produire une puissance de 340 ch. Bien que l'ancienne 365 GT4/BB produisait plus de puissance que la 365 GT4/BB plus récente, le plus gros moteur offrait un couple plus élevé et une maniabilité améliorée.
Le Berlinetta Boxer a connu une carrière de compétition de la fin des années 70 au milieu des années 80, principalement à l'instigation du concessionnaire pour les Etats-Unis, Luigi Chinetti. Leur principal terrain de chasse était la catégorie GT au Mans, et dès les premières voitures de route légèrement modifiées, il persuada l'usine de développer une version de course, la 512 BB LM, qui fut construite chez Ferrari's Assistenza Clienti à Modène, avec une carrosserie radicalement différente développée dans la soufflerie Pininfarina. Elles ont été construites en deux petites séries pour des clients privés, mais elles n'ont jamais été courues comme des voitures d'équipe d'usine. Les meilleurs résultats au Mans ont été une victoire dans la catégorie IMSA et cinquième au classement général en 1981, et sixième au classement général en 1982.