2009年9月9日にiPod nano（第5世代）と共に発表された。当初Appleによる呼称は「Late 2009」「End 2009」だったが、2010年4月8日のiOS 4.0発表イベントより第3世代となった（32 GBと64 GBモデル）[12]。

ラインナップは32 GB（29,800円）、64 GB（39,800円）の2種類だが、8 GBモデルは第2世代のまま19,800円に値下げされた。新たに64 GBモデルが追加され、32 GBモデルは第2世代よりも値下げされ、16 GBモデルはラインナップから消えている。色はブラックのみである。

システム要件はUSB 2.0ポート搭載でiTunes 9.0以降がインストールされたMac OS X v10.4.11以降のMacまたはWindows XP SP3、Windows Vista、Windows 7およびWindows 8のパソコン。

32 GBと64 GB両モデルはCPU/GPUが高速化され、メインメモリが倍増したことで、iPhone 3GSと同等の処理能力となり、音質、画質が前世代よりも改善されている以外に、Wi-Fi接続ではこれまでよりも早くウェブページがロードされるようになっている。但し、チップの型番は完全に同一ではない。

機能は第1世代、第2世代を受け継いでいるが、背面の鏡面に刻まれている文字の配置が変更されている。32 GBと64 GBではiPhone 3GSと同じく音声コントロールが可能となり、同梱されているイヤホンはリモコンとマイクが搭載されたものに変更になった。
第4世代詳細は「iPod touch (第4世代)」を参照

2010年9月2日にサンフランシスコのYerba Buena Centerで開催されたAppleのイベントで、マルチタッチをサポートしたiPod nano（第6世代）と、iPod shuffleと共に発表された。発表日と同じ、9月2日より予約受付開始、9月15日よりApple Storeや一部の家電量販店で販売開始された。

ラインナップは8 GB（20,900円）、32 GB（27,800円）、64 GB（36,800円）の3種類。8 GBモデルも仕様変更されており、価格は8 GBモデルを除いて若干値下がりしている。色は発売当初ブラックのみだったが、2011年10月5日にホワイトモデルが追加された。

システム要件はUSB 2.0搭載でiTunes 10.0以降がインストールされているMac OS X 10.5.8以降のMacまたはWindows XP SP3、Windows VistaかWindows 7が搭載されたパソコンが必要である[13]。

高解像度ディスプレイ（3.5インチ、iPhone 4と同解像度（960×640）の「Retinaディスプレイ」）、Apple A4プロセッサ、3軸ジャイロセンサーなど、iPhone 4で搭載されるようになったハードウェアが多数加えられた。ただし、ディスプレイはiPhoneに比べ視野角がやや狭いなどの違いがあり、iPhone 4と全く同じではない。

また、本世代からカメラが搭載されるようになり、フロントカメラと背面カメラの2つを備えている。2つのカメラは720pのHD動画が撮影可能であり、それに伴いマイクロフォンも内蔵されるようになった。「FaceTime」でビデオ通話も可能となった。これによって、iPhone 4で利用可能だった「iMovie」が利用可能となったため、撮った動画を編集してそのままYouTubeなどにアップロードすることも可能となった。

一方で、iPhone 3G以降に搭載されているGPS機能や、iPhone 3GS以降に搭載されているデジタルコンパスは、このモデルにも搭載されていない。

本モデルにiOS 4.1以降をインストールすることにより、「Game Center」が利用可能となっている。

2011年10月5日にホワイトモデルが追加され、ブラックモデル、ホワイトモデル共にiOSがiOS 5にバージョンアップされている。8 GBモデルが16,800円、32 GBモデルが24,800円、64 GBモデルが33,800円と価格が引き下げられた。同時に発売されたiPhone 4Sとは異なり、iOS以外の仕様面でのバージョンアップはされなかったため、iPhoneシリーズとの差別化がより明確となった。最終iOSは6.1.6でサポート終了となった。理由はiOS7からのUI刷新等に伴いメモリ不足が尋常じゃないほどで出て来たためである。

2012年9月12日に第5世代の発表と同時に、8 GBモデル、64 GBモデルの取り扱いは終了し、新たに第2世代以来の16 GBモデルが追加された。価格は16 GBモデルが16,800円、32 GBモデルが20,900円となった。
第5世代詳細は「iPod touch (第5世代)」を参照

Appleは、2012年9月12日（米国時間）にプレスイベントを開催し、LTE対応の「iPhone 5」とともに新しい「iPod touch」と「iPod nano」を発表した。2012年9月14日からApple Store オンラインで先行注文を受け付けた。

ラインナップは32 GB（24,800円）、64 GB（33,800円）。2013年5月31日に背面カメラを省略した16 GB（22,800円/229ドル）が追加されて3種類。2014年6月26日に16 GBモデルの仕様が変更され、価格は20,800円（199ドル）。8 GBモデルがラインナップから外れた。発売当初は価格は据え置きで、当面は第4世代のiPod touchも併売された。

デザインを一新し、iPod touchでは初めて5つのボディカラーが用意され、販売時点でピンク、イエロー、ブルー、シルバー、スレートの5色、Apple Store オンラインでは（PRODUCT）REDを加えた6色を用意した。2013年9月11日には、スレートを廃止して新色のスペースグレーを追加した。

IPS方式の4インチ「Retinaディスプレイ」（1136×640ピクセル）を搭載しつつ、サイズは58.6（幅）×123.4（高さ）×6.1（厚さ）ミリ、重量は88グラムと薄型・軽量化。

デュアルコアのA5チップを採用し、第4世代iPod touchの最大2倍の処理能力を持つことで、音質、画質が第4世代と比べて改善されている。しかし、この機種までは搭載メモリーが1 GB未満であった為、動作が重くなる問題が発生している。

iOSもiOS 6にバージョンアップされ、初めてiPodで「Siri」も使えるようになった。またiCloudを使った共有フォトストリームやiMessage、FaceTime、メール、Game Centerなど、iOSの主要機能をカバー。AirPlayミラーリングも備えているため、写真や動画、ゲームなどを大画面テレビに映し出して楽しめる。

500万画素になったiSightカメラはオートフォーカス付きで、LEDフラッシュも装備。