Dopo anni di dominio incontrastato della Ford nelle corse di qualunque categoria, la Ferrari era giunta alla resa dei conti con la casa americana. A Maranello si erano resi conto che il blasone e la storia del Cavallino non intimoriva più nessuno.
E così, nel 1967, per battere la Ford, la Ferrari decise di riprogettare la P3.
La nuova macchina che ne venne fuori, che venne chiamata 330 P4, presentava numerose modifiche, fra cui la potenza che passò da 420 a 450 CV.
Arrivò la 24 Ore di Daytona, e fu dominio rosso: al primo posto una P3/4, al secondo una 330 P4 e al terzo una 412P. Una grande prova di forza nei confronti di una Ford che invece arrancò.
Tuttavia, alla 24 Ore di Le Mans nemmeno le 330 P4 riuscirono a imporsi, piazzandosi al secondo e terzo posto dietro proprio ad una GT40. L’altra vittoria della stagione fu la 1000 km di Monza. All’ultima gara del campionato, la BOAC International 500, il titolo costruttori era conteso tra la Ferrari con le 330 P4 e le 412 P, e la Porsche con la 908. La gara fu molto aspra, ma alla fine la Ferrari, concludendo seconda, si aggiudicò il trofeo.
In totale furono prodotti tre esemplari della 330 P4, con numero di telaio 0856, 0858 e 0860. L’unica Ferrari 330 P4 rimasta ad oggi in condizioni originali è quella con numero di telaio 0856.
Il telaio era un traliccio in tubi di acciaio su cui erano rivettate piastre in alluminio, questa tecnica era stata sviluppata in Formula 1 con lo scopo di aumentare la rigidità della vettura, senza compromettere la leggerezza. La cilindrata del motore rimase invariata rispetto alla P3, ma le valvole passarono da due a tre per cilindro, due di aspirazione e una di scarico. La potenza erogata era di 450 CV. Il cambio, in blocco col motore, era stato progettato dalla Ferrari stessa, al contrario della P3 che ne montava uno prodotto dalla Zf. Le sospensioni erano a quadrilaterali deformabili con ammortizzatori telescopici. Sebbene il passo fosse lo stesso della P3, gli ingombri esterni aumentarono. La P4 venne prodotta in carrozzeria berlinetta, due vennero in seguito trasformate in barchetta. Il peso complessivo passò dai 720 kg della P3 a 792 kg.