512 Sはマウロ・フォルギエーリの指揮の下、わずか3か月で完成しました。搭載するエンジンは総アルミ製の5リッターV12、1気筒あたり4つのバルブを備えていました。チューブラースペースフレームはP4および612の発展型で、ボディはジャコモ・カリーリがデザインしました。軽量化のために素材にはポリカーボネートが用いられています。

ベルリネッタとスパイダーが作られた512 Sは、1970 年と 1971年のマニュファクチャラーズ世界選手権に参戦し、セブリングとキャラミで勝利を収めました。