La 330 America a été remplacée par la 330 GT 2+2, qui a été dévoilée au Salon de l’automobile de Bruxelles. Elle était équipée du nouveau V12 4 litres type 209, doté d’un bloc moteur légèrement plus long que celui de la série 400 SA dont il est dérivé.
La 330 GT 2+2, qui a été déclinée en deux séries, devait sa ligne élégante à Pininfarina.
La principale différence résidait dans son museau, la première série (1963-1965) affichant quatre phares et la deuxième (1965-1967) seulement deux.
Au total, autour de 1 000 exemplaires ont été construits.
Dessinée par le célèbre carrossier turinois Pininfarina, depuis longtemps associé à Ferrari, la proue et la poupe de la 330 GT 2+2 sont particulièrement novatrices, notamment en ce qui concerne les blocs optiques avant à quatre phares.
La Ferrari 250 GTE, produite de 1960 à 1963, est la première automobile 2+2 du constructeur italien. Mais malgré son succès, elle est considérée trop « sage » et trop peu puissante.
Ferrari décide alors de développer un modèle palliant ces critiques, et la dénomme 330 GT car sa cylindrée passe de 250  à 330 .
La 330 GT 2+2 naît dans un contexte historique très favorable : pour la première fois de son histoire, en 1964, Ferrari réalise un doublé aux 1 000 kilomètres du Nürburgring et remporte également les trois premières places aux 24 Heures du Mans. Il en ressort que « la domination technologique et sportive de Ferrari est absolue puisque aucune marque n’a plus jamais dominée à ce point à la fois en Sport-prototypes et en Grand Tourisme ».