365 GTB/4的竞赛版本于1969年首次准备：一辆铝制车身的赛车被制造出来并参加了当年的勒芒24小时耐力赛（该车在练习赛中撞毁）。Ferrari直到1970年底才推出官方竞赛车型。
官方赛车分三批生产，每批五辆，分别于1970–1971年、1972年和1973年制造。它们均采用铝材和玻璃纤维面板的轻量化车身，并配备有机玻璃车窗。首批竞赛车型的发动机与公路版相同，但后两批进行了调校（1972年提升至400 bhp (298 kW; 406 PS)，1973年进一步提升至约450 bhp (336 kW; 456 PS)）。
这些赛车并非由官方Scuderia Ferrari车队参赛，而是由多位私人车手驾驶。它们在勒芒24小时耐力赛中取得了显著成功，包括1971年总成绩第五名，以及1972年、1973年和1974年的GT组别冠军。1972年，Ferrari 365 GTB/4包揽了GT组别前五名。
该车型的最后一次重大胜利是在1979年（停产五年后），一辆1973年款赛车在代托纳24小时耐力赛中获得组别冠军（总成绩第二名）。
