Der 512 BB wurde im Jahr 1976 auf dem Pariser Automobilsalon angekündigt und löste den 365 GT4/BB ab. Das Modell wurde bis ins Jahr 1981 gefertigt, als der 512 BBi präsentiert wurde. Letzterer war mit einer Einspritzanlage ausgestattet, welche die Vergaser ablöste. Vom 512 BB wurden 929 Exemplare – mit Fahrgestellnummern von 19677 bis 38487 – gefertigt. Die Modellbezeichnung brach mit der Tradition des Hauses Ferrari das Volumen eines einzelnen Zylinders im Namen des Modells zu integrieren. Vielmehr setzte man nun die Art der Modellbezeichnung fort, die mit der Dino-Serie eingeführt worden war: der Gesamthubraum und die Anzahl der Zylinder. Dies bedeutete in diesem Fall ein 5-Liter Triebwerk und 12 Zylinder. “BB” stand dabei weiterhin für “Berlinetta Boxer” in Bezug auf die zwei sich horizontal gegenüberliegenden Zylinderreihen mit jeweils sechs Zylindern. Form und Ausstattung des 512 BB waren denen seines Vorgängers sehr ähnlich, es gab jedoch einige Unterschiede im Aussehen, welche die beiden Wagen voneinander unterschieden, während unter der Motorhaube die größere Motorleistung den Hauptunterschied darstellte.

512 BB und 365 GT4/BB unterschieden sich hauptsächlich im Bereich der Nase und des Hecks. In der flachen Nase war nun der Spoiler integriert, während am Heck die Dreifachleuchten und Dreifachendauspuffrohre verschwunden und durch runde Doppellinsen und Doppelendauspuffrohre ersetzt worden waren. 

Die Doppelrückleuchten griffen den Aufbau des am Prototypen im Rahmen des Turiner Automobilsalons des Jahres 1971 präsentierten auf. Am Heck des neuen Modells fand man nun mattschwarz lackierte horizontale Lüftungsschlitze und modifizierte Lüftungsschlitze auf der Motorabdeckung. An den Seiten des Fahrzeugs waren nun vor den Hinterrädern NACA Lufteinlässe angebracht, um die Abgasanlage zu kühlen. Die hintere Spurweite wurde von 1520 mm auf 1563 mm verbreitert.

Die Karosserie saß auf einem Chassis mit einem Radstand von 2500 mm und trug die Werksbezeichnung F 102 BB 100. Alle Fahrgestelle trugen ungerade Nummern, wie es bei der Straßenwagen üblich war. Bezüglich des Aufbaus folgte der neue Wagen den Prinzipien des 365 GT4/BB: Stahlrohrchassis mit zentraler Monocoque-Zelle. Wie der 365 GT4/BB so war auch der 512 links- und rechtsgesteuert erhältlich. Eine Version für den US-Markt wurde hingegen nie angeboten. Die Standardräder waren Leichtmetallsternfelgen mit einer zentralen Nabe, obwohl auf einigen Märkten eine achteckige Radnabe vorgeschrieben war. Die Räder verdeckten große innenbelüfte Scheibenbremsen mit Doppelhydraulikkreisläufen und Bremskraftverstärker. Der Wagen verfügte über Einzelradaufhängung rundum mit Querlenkern, Schraubenfedern, hydraulischen Stoßdämpfern mit doppelten Einheiten im Heck zusammen mit Querstabilisatoren vorne und hinten.

Der flache 12-Zylinder hatte die gleiche Konfiguration dessen, der im 365 GT4/BB zum Einsatz kam. Der Gesamthubraum lag hingegen bei 4943 ccm mit einer Bohrung von 82 mm und einem Hub von 78 mm. Die Werksbezeichnung dieses Triebwerks war F 102 B 000. Es hatte riemengetriebene doppelte obenliegende Nockenwellen pro Zylinderreihe, Trockensumpfschmierung und eine Hydraulikkupplung, wie der 365 GT4/BB. Der 512 BB war mit vier Weber 40 IF 3C Dreifachvergasern mit Verteiler, links hinten an der Einlassnockenwelle sowie elektronischem Zündsystem ausgestattet um die angegebene Leistung von 340 PS zu erreichen. Obwohl der 365 GT4/BB höhere Leistung bot als sein Nachfahre, so bot dessen größeres Triebwerk jedoch besseres Drehmoment und verbesserte Fahreigenschaften.

Der Berlinetta Boxer hatte von den späten 70er Jahren bis Mitte der 80er Jahre eine Karriere im Motorsport, was hauptsächlich dem US-Importeur Luigi Chinetti zu verdanken war. Die Wagen wurden vornehmlich in der GT-Klasse in Le Mans eingesetzt. Nachdem die früheren Wagen nur leicht modifiziert worden waren überzeugte Chinetti Ferrari in Maranello davon eine Rennversion des Wagens zu fertigen: den 512 BB LM. Dieses Rennmodell wurde bei Ferraris „Assistenza Clienti“ in Modena gefertigt und verfügte über eine vollkommen überarbeitete Karosserie, die in Pininfarinas Windkanal entwickelt worden war. Die Wagen wurden in zwei Kleinstserien für Privatkunden gefertigt, wurden jedoch niemals als Werksteamwagen eingesetzt. Das beste in Le Mans erzielte Ergebnis war ein Sieg in der IMSA-Kategorie, ein fünfter Rang in der Gesamtwertung des Jahres 1981 sowie ein sechster Rang in