原作、『Z』、『ドラゴンボール改』における超サイヤ人の最強形態。悟空が魔人ブウ（無邪気）との戦いで初披露。悟空いわく、「時間のあるこの世では使うエネルギーが多すぎるため、あの世でしか使ってはいけない技」とのこと[73]。現代の少年トランクスはこの形態を「ウルトラ超サイヤ人」と呼称している。

身体的特徴は従前の超サイヤ人とは異なり、逆立った髪がそのまま腰の辺りまで伸長し、眼窩上隆起の発現に伴い眉毛が縮退する。変身を解除するとこれらの身体的変化は元に戻る。超サイヤ人2同様、常時、体の周りをスパークが飛び交う。悟空においてのみ、前髪が一束垂れ、さらに瞳に瞳孔が現出する。

初めて悟空が披露した時は変身に慣れていなかったため、瞬時に変身を完了できずある程度の時間を要した。変身の際は周囲の建物が破壊されたり、雲の状態が変わるなど、驚異的なエネルギーの増大を示唆する何らかの影響が周囲に現れる。悟空の初変身の時に地球全体が揺れるなど、その凄まじさが強調され、原作の作画では気の発光が強く出る描写としてスクリーントーン[74]も使われた。後の変身では比較的簡易な演出で変身していたが、アニメの変身では画面全体が揺れ動き、雷鳴や地鳴りが起こり、さらに大猿化のカットも入るなど変身描写が強調されている。その強さは超サイヤ人2の4倍、平常時の400倍にまで達する[70]。魔人ブウ（無邪気）と互角の戦いを見せ、その戦闘が悟飯、悟天、トランクスら新世代をさらなるレベルへの修行に鼓舞させることにもなった。ただ、この時の悟空は占いババの力によって一時的に現世へ戻っていた故人である自らの立場を踏まえ、悟飯ら若い世代の力で魔人ブウを倒してほしいと願っていたため、フルパワーで戦っていればブウを倒せていたが、あえてそうしなかったと後に語っている。

それまで最強を誇った超サイヤ人2をさらに超越したパワーを発揮できるものの、エネルギー消費が著しいため生きている状態では短時間しかこの形態を維持できない。上述のように、あの世にいるときの死者の悟空は制限がないが、死者の悟空がこの世に1日だけ帰ってきていた時に、この形態へ変身した際には、その異常な力から現世滞在可能時間が大幅に減った。悟空はあの世での修行で数年かけて会得した変身だが、フュージョンしたゴテンクスは、精神と時の部屋での修行により悟空すら驚く短期間で習得しており、変身時はその驚異的な戦闘力で魔人ブウ（悪）を追い詰めたが、膨大なエネルギー消費という欠点ゆえ、変身時間が終了し窮地に陥った。ゴテンクスの方は生身でも変身が解けるのみで気の消耗は激しくない様子だが、超サイヤ人3でいられる時間は5分に限られている。

魔人ブウ（純粋）との最終決戦において、悟空は老界王神の命を譲り受けて現世へと戻った状態で初めて超サイヤ人3のフルパワーを出して戦った。ベジータは超サイヤ人3のフルパワーでの戦闘を見て「魔人ブウ（純粋）と闘えるのはお前だけ[75]」「想像以上の強さ[76]」と発言し、初めて悟空を「お前がナンバー1だ[77]」と素直に認めさせるほどの強さを見せた。その後、戦闘は膠着し悟空は1分間気を溜め続けることに専念できれば、魔人ブウを完全に消し去ることができる域にまで気を高められるはずと推測したが、生きている状態での気の膨大な消費量と、魔人ブウ（純粋）の戦闘力が想像以上でダメージも大きく、1分間以上気を溜め続けるも、実際はそこまで気を高めることができずに逆に気は消耗され続け、遂には超サイヤ人そのものの変身時間も終了した。

魔人ブウ編と原作のエピローグの間を描いた劇場版『神と神』およびアニメ『超』にて、この形態のフルパワーで破壊神ビルスに挑むも、全く歯が立たずビルスの攻撃2発で敗北。

『GT』では、ベジータに憑依したベビーとの初戦で変身するも、幼くなっていたために、ただでさえ短い変身時間がさらに短くなっていた。

原作にて超サイヤ人3に変身したのは、悟空とゴテンクス。

通常スーパーサイヤ人3化すると髪が伸長するのが相場だが、ゲーム『スーパードラゴンボールヒーローズ』では髪がないナッパは変身に伴って髪は伸びず、髪の変わりに髭が急激に伸長している。

『スーパードラゴンボールヒーローズ』のゲームオリジナルキャラクター・悪のサイヤ人ことカンバーが変身する超サイヤ人3は「超サイヤ人3フルパワー」と呼ばれ、一応超サイヤ人3扱いではあるが、ブロリーの伝説の超サイヤ人版3同様通常の超サイヤ人3とは別物の変身とされている。

原作とアニメで変身したキャラクター

孫悟空

ゴテンクス

ゲーム作品のみで変身したキャラクター

ブロリー[注 61][注 63]

ベジータ[注 63]

トランクス（未来）[注 38]

トランクス（GT）[注 38]

ゴジータ[注 38]