El Lunar Orbiter 3 fue una nave espacial lanzada por la NASA en 1967 como parte del Programa Lunar Orbiter. Fue diseñado principalmente para fotografiar áreas de la superficie lunar para confirmar sitios de aterrizaje seguros para las misiones Surveyor y Apollo. También estaba equipado para recopilar datos de selenodésicos, intensidad de radiación e impacto de micrometeoritos.

La nave espacial se colocó en una trayectoria cislunar y se inyectó en una órbita lunar elíptica casi ecuatorial el 8 de febrero a las 21:54 UT. La órbita fue de 210,2 por 1.801,9 kilómetros (130,6 mi 1.119,6 mi) con una inclinación de 20,9 grados y un período de 3 horas 25 minutos. Después de cuatro días (25 órbitas) de seguimiento, la órbita se cambió a 55 por 1.847 kilómetros (34 mi 1.148 mi). La nave espacial adquirió datos fotográficos del 15 al 23 de febrero de 1967 y la lectura se realizó hasta el 2 de marzo de 1967. El mecanismo de avance de la película mostró un comportamiento errático durante este período, lo que resultó en la decisión de comenzar la lectura de los cuadros antes de lo planeado. Los fotogramas se leyeron con éxito hasta el 4 de marzo, cuando el motor de avance de la película se quemó, dejando alrededor del 25 % de los fotogramas en el carrete receptor sin poder leerse.

Se devolvieron un total de 149 fotogramas de resolución media y 477 de alta resolución. Los marcos eran de excelente calidad con una resolución de hasta 1 metro (3 pies 3 pulgadas). Se incluyó un marco del sitio de aterrizaje del Surveyor 1, lo que permitió identificar la ubicación de la nave espacial en la superficie. Se adquirieron datos precisos de todos los demás experimentos a lo largo de la misión. La nave espacial se usó con fines de seguimiento hasta que chocó contra la superficie lunar por comando a 14,3 grados de latitud norte, 97,7 grados de longitud oeste (coordenadas selenográficas) el 9 de octubre de 1967.

El programa Lunar Orbiter fue una serie de cinco misiones de orbitadores lunares no tripulados lanzadas por los Estados Unidos entre 1966 y 1967. Con la intención de ayudar a seleccionar los sitios de aterrizaje de Apolo mediante el mapeo de la superficie de la Luna, proporcionaron las primeras fotografías de la órbita lunar y fotografiaron tanto la Luna como Tierra.

Las cinco misiones fueron exitosas y el 99 por ciento de la superficie lunar se mapeó a partir de fotografías tomadas con una resolución de 60 metros (200 pies) o mejor. Las primeras tres misiones se dedicaron a obtener imágenes de 20 posibles sitios de aterrizaje lunar tripulados, seleccionados en base a observaciones terrestres. Estos fueron volados en órbitas de baja inclinación. Las misiones cuarta y quinta se dedicaron a objetivos científicos más amplios y volaron en órbitas polares de gran altitud. Lunar Orbiter 4 fotografió todo el lado cercano y el nueve por ciento del lado lejano, y Lunar Orbiter 5 completó la cobertura del lado lejano y adquirió imágenes de resolución media (20 m (66 pies)) y alta (2 m (6 pies 7 pulgadas)) de 36 áreas preseleccionadas. Todas las naves espaciales Lunar Orbiter fueron lanzadas por vehículos de lanzamiento Atlas-Agena-D.

Los Lunar Orbiters tenían un ingenioso sistema de imágenes, que consistía en una cámara de doble lente, una unidad de procesamiento de películas, un escáner de lectura y un aparato de manipulación de películas. Ambas lentes, una lente de alta resolución (HR) de ángulo estrecho de 610 mm (24 pulgadas) y una lente de resolución media (MR) de ángulo ancho de 80 mm (3,1 pulgadas), colocaron sus exposiciones de cuadro en un solo rollo de película de 70 mm. Los ejes de las dos cámaras coincidían, por lo que el área representada en los cuadros HR se centró dentro de las áreas del cuadro MR. La película se movió durante la exposición para compensar la velocidad de la nave espacial, que fue estimada por un sensor electroóptico. Luego, la película se procesó, escaneó y las imágenes se transmitieron de regreso a la Tierra.

Durante las misiones del Lunar Orbiter, se tomaron las primeras fotografías de la Tierra en su conjunto, comenzando con la salida de la Tierra sobre la superficie lunar por el Lunar Orbiter 1 en agosto de 1966. La primera fotografía completa de la Tierra fue tomada por el Lunar Orbiter 5 el 8 de agosto de 1967. El Lunar Orbiter 5 tomó una segunda foto de toda la Tierra el 10 de noviembre de 1967.