临时性的 330 America 于 1964 年 1 月被全新的 330 GT 2+2 取代。该车于同年早些时候在布鲁塞尔车展首次亮相。然而，它远不止是换装发动机的 250，其拥有更锐利的车头和车尾、四头灯以及宽大的格栅。动力输出保持不变，仍为 300 PS (220 kW)。轴距加长了 50 mm (2.0 in)，但 Koni 可调减震器改善了操控性。该车采用了双回路 Dunlop 制动系统，四轮均为盘式制动，不过其制动分配方式为前后分离，而非现代系统的对角线分配。出厂时，330 GT 最初配备的是 Pirelli Cinturato 205VR15 (CN72) 轮胎。
1965 年的 Series II 版本采用了五速变速箱，取代了上一年的超速四速变速箱。其他变化包括前脸改回双灯而非四灯设计、合金轮毂，以及增加了可选的空调和动力转向。在 'Series II' 330 GT 推出之前，生产了 125 辆 '过渡' 车型，它们拥有 Series I 车型的四头灯外观配置，但配备了 'Series II' 车型的五速变速箱和 '悬挂式' 脚踏板。
在 1967 年被 365 GT 2+2 取代之前，共生产了 625 辆 Series I（包括 125 辆 '过渡' 车型）和 455 辆 Series II 330 GT 2+2。较小的 330 GTC 和 GTS 车型的生产与 GT 2+2 重叠了一年多。
一辆为荷兰伯恩哈德亲王特别定制的 330 GT 2+2，采用了 Ferrari 500 Superfast 风格的车身。这辆独一无二的车在 Bonhams 2003 年 12 月的日内瓦拍卖会上以 422,100 瑞士法郎（含佣金）成交。
1967 年，Ferrari 进口商 Luigi Chinetti Jr. 决定将一辆 1965 年的 330 GT 2+2 Series II（底盘号 07963）改装为猎装车。他与美国插画家 Bob Peak 合作进行了新设计。随后，该车被送往都灵的 Carrozzeria Vignale 进行制造，并在那里获得了发动机号 09269。该车在 Vignale 的展台上于第 50 届都灵车展展出，车身为金属绿色，车顶为金色金属漆。2017 年，它被重新喷涂为青铜金属色。该车在 Gooding and Co 的 2017 年圆石滩拍卖会上以 70 万至 90 万美元的估价出售，但未成交。该车随后又在 RM Sotheby's 2018 年彼得森博物馆拍卖会上出售，最终以 313,000 美元（含适用买方佣金）成交。
