2014年6月，McLaren宣布将生产650S的GT3版本，该版本可作为全新赛车，也可作为现有12C GT3的升级套件——后者将从2015年起参加GT3锦标赛。
该车相较于公路版的改动包括：全新的6速序列式赛车变速箱；前轮配备380毫米通风制动盘与六活塞卡钳，后轮配备四活塞卡钳；轮距加宽52毫米；经过优化的悬挂几何结构及升级部件。其与公路版的区别在于更大的进气口和前分流器，以及碳纤维进气口和全新尾翼。
这台3.8升McLaren双涡轮增压V8发动机（同样用于12C-GT3）可输出500 PS（368 kW；493 hp），并搭载了改进涡轮增压与换挡逻辑的新ECU。由于赛事认证要求，其功率输出低于公路版650S。
曾负责开发MP4-12C GT3版本的CRS Racing车队负责人Andrew Kirkaldy表示，他们的目标是开发符合2016年勒芒24小时耐力赛LM GTE规则的版本，但该计划最终未能实现，该车型也未出现在这场耐力赛中。
650S取得的最大成就是在2016年澳大利亚Liqui Moly巴瑟斯特12小时耐力赛中夺冠，车手阵容为Álvaro Parente、Shane van Gisbergen与Jonathon Webb。其中Van Gisbergen于2016年2月7日以2:01.567的成绩创造了新的全场单圈纪录。
