1964年，美國洛克希德公司研制的SR-71戰略偵察機首飛，1966年服役，共生產了32架。該機采用翼身融合體雙垂尾布局，機身大量使用雷達吸波材料，最大飛行速度3.2倍音速，實用升限26600米。SR-71偵察機從六十年代末開始對我國進行偵察。

SR-71戰略偵察機憑借高空高速以及隱身的優良性能，對我國各種目標進行肆無忌憚地偵察，而當時人民空軍裝備的紅旗-2防空導彈對其無能為力。雖然紅旗-2導彈射高達到27000米，最高速度3.8馬赫，但面對SR-71偵察機，性能已經達到極限，又加上SR-71低可探測性，紅旗-2根本對付不了它，我軍防空部隊急需新型武器來打擊敵方偵察機。其實早在1965年，我國軍工科研部門已經在紅旗-2防空導彈的基礎上，研發新型防空導彈。

1966年，研制工程正式啟動，在得知美軍開始裝備SR-71偵察機后，新型導彈加快了研制進度。七十年代初，新型導彈定型為紅旗-3，開展各種試驗，它研制的主要目的，就是專門來對付SR-71戰略偵察機。紅旗-3彈長10.842米，發射重量2322公斤，最大速度1250米/秒，約等于3.64馬赫。紅旗-3防空導彈的最大射程35000米，最小射程7000米；最大射高27000米。最小射高1000米；彈頭重量100公斤，爆炸后可產生破片約3600多塊，殺傷半徑50米。

從上述參數來看，紅旗-3的性能超過了紅旗-2，但該導彈卻在八十年代初停止了研發。究其原因主要是技術難度大、研發周期長以及經費不足。紅旗-3旨在應對飛行高度超過3萬米，速度超過3馬赫的高空高速的SR-71偵察機，這個指標對于七十年代我國來說，實現難度非常大。

在研制過程中，紅旗-3遇到許多技術難題，包括導彈的高空機動性、抗干擾能力和殺傷效果提升等。盡管進行了多次飛行試驗，但仍然有許多問題未能解決，導致項目進展緩慢。

紅旗-3防空導彈由于設計指標過高，經費和技術儲備不足，國家的主要精力用于新型戰斗機的研發，致使該導彈于1980年停止了研發。