La 275 GTB4 Berlinetta occupò il posto della 275 GTB: la differenza principale fu l’installazione di un propulsore V12 con quattro alberi a camme in testa, due per bancata. Fu mostrata per la prima volta al Salone di Parigi del 1966 e rimase in produzione fino al marzo 1968; ne furono costruiti 330 esemplari e i suoi numeri di telaio partirono dalla cifra 09007 e terminarono al numero 11069.

Dal punto di vista estetico la 275 GTB/4 era virtualmente identica ai modelli “musetto lungo” con due alberi a camme, e c’era una sola particolarità che permetteva di distinguere le due macchine senza sollevare il cofano motore. Era proprio il profilo di quest’ultimo: sulla 275 GTB/4 presentava un sottile rigonfiamento centrale che lo percorreva longitudinalmente. Questo particolare non va confuso con l’ampia sezione centrale rialzata del cofano motore presente sui primi esemplari di vetture con propulsore a due alberi a camme. Come nei modelli bialbero, la carrozzeria disegnata da Pininfarina fu realizzata da Scaglietti utilizzando, di solito, lamiera d’acciaio con portiere e cofani in alluminio.

I corpi vettura erano montati su un telaio avente 2400 mm di passo, con numero di riferimento interno 596. Furono tutti numerati con la sequenza di cifre dispari tipica delle vetture stradali. Il telaio era virtualmente identico a quello dei modelli con propulsore bialbero ma fu scelto un numero identificativo diverso, poiché furono implementate leggere modifiche nella parte riguardante il comparto trasmissione. Come la sua progenitrice, la vettura con quattro alberi poteva essere ordinata con la guida a destra oppure a sinistra. Le ruote di serie erano in lega con disegno a dieci fori, e lungo tutto il periodo di produzione furono disponibili su richiesta le ruote a raggi Borrani, fissate con un gallettone che ricordava una stella a tre punte.

Gli esemplari destinati al mercato europeo montavano gruppi ottici posteriori circolari, con la sezione superiore arancione che fungeva da indicatore di direzione. Le vetture destinate al mercato statunitense, invece, avevano i gruppi ottici posteriori completamente rossi con catarifrangente centrale a forma di rettangolo.

Le dimensioni generali e la configurazione del propulsore erano molto simili a quelle dell’unità installata sulle vetture bialbero 275 GTB, ma in questo caso furono adottate delle teste cilindro di nuovo tipo che presentavano due assi a camme in testa per ogni bancata di cilindri. Il numero di riferimento interno era 226, la cilindrata ancora 3286 cc, alesaggio e corsa di 77mm x 58,8mm e candele situate tra i due alberi a camme.

Un’altra differenza sostanziale fu l’adozione della lubrificazione a carter secco. L’alimentazione era assicurata da una batteria di sei carburatori Weber 40 DCN9, 17 o 18. Erano presenti due bobine e il distributore d’accensione era montato nella zona posteriore del propulsore. La potenza dichiarata raggiungeva i 300 cavalli. Come negli ultimi modelli bialbero il moto era trasmesso da un albero di trasmissione, inserito all’interno di un tubolare, che ruotava alla stessa velocità del motore e portava la coppia al transaxle, il cui supporto era indipendente da quello del telaio. Da qui, due semiassi erano connessi alle ruote posteriori a sospensioni indipendenti che erano dotate delle stesse molle elicoidali e bracci oscillanti utilizzati sui modelli 275 GTB bialbero.

Di questo modello non furono realizzate versioni da competizione, anche se un certo numero di clienti utilizzò vetture leggermente modificate in vari tipi di eventi, più per piacere personale che per ricerca della vittoria.