O Lunar Orbiter 3 foi uma espaçonave lançada pela NASA em 1967 como parte do Programa Lunar Orbiter. Ele foi projetado principalmente para fotografar áreas da superfície lunar para confirmação de locais de pouso seguros para as missões Surveyor e Apollo. Também foi equipado para coletar dados de selenodese, intensidade de radiação e impacto micrometeoróide.

A espaçonave foi colocada em uma trajetória cislunar e injetada em uma órbita lunar elíptica quase equatorial em 8 de fevereiro às 21:54 UT. A órbita era de 210,2 por 1.801,9 quilômetros (130,6 mi 1.119,6 mi) com uma inclinação de 20,9 graus e um período de 3 horas e 25 minutos. Após quatro dias (25 órbitas) de rastreamento, a órbita foi alterada para 55 por 1.847 quilômetros (34 mi 1.148 mi). A espaçonave adquiriu dados fotográficos de 15 a 23 de fevereiro de 1967, e a leitura ocorreu até 2 de março de 1967. O mecanismo de avanço do filme mostrou um comportamento errático durante esse período, resultando na decisão de iniciar a leitura dos quadros antes do planejado. Os quadros foram lidos com sucesso até 4 de março, quando o motor de avanço do filme queimou, deixando cerca de 25% dos quadros na bobina de recolhimento, incapazes de serem lidos.

Um total de 149 quadros de média resolução e 477 de alta resolução foram devolvidos. Os quadros eram de excelente qualidade com resolução de até 1 metro (3 pés 3 pol). Incluído estava um quadro do local de pouso do Surveyor 1, permitindo a identificação da localização da espaçonave na superfície. Dados precisos foram adquiridos de todos os outros experimentos ao longo da missão. A espaçonave foi usada para fins de rastreamento até atingir a superfície lunar sob comando a 14,3 graus N de latitude, 97,7 graus W de longitude (coordenadas selenográficas) em 9 de outubro de 1967.

O programa Lunar Orbiter foi uma série de cinco missões lunares não tripuladas lançadas pelos Estados Unidos de 1966 a 1967. Com o objetivo de ajudar a selecionar os locais de pouso da Apollo mapeando a superfície da Lua, eles forneceram as primeiras fotografias da órbita lunar e fotografaram a Lua e Terra.

Todas as cinco missões foram bem-sucedidas e 99% da superfície lunar foi mapeada a partir de fotografias tiradas com uma resolução de 60 metros (200 pés) ou melhor. As três primeiras missões foram dedicadas à imagem de 20 potenciais locais de pouso lunar tripulados, selecionados com base em observações terrestres. Estes voaram em órbitas de baixa inclinação. A quarta e quinta missões foram dedicadas a objetivos científicos mais amplos e foram realizadas em órbitas polares de alta altitude. O Lunar Orbiter 4 fotografou todo o lado próximo e nove por cento do lado distante, e o Lunar Orbiter 5 completou a cobertura do lado distante e adquiriu imagens de resolução média (20 m (66 pés)) e alta (2 m (6 pés 7 pol)) de 36 áreas pré-selecionadas. Todas as espaçonaves Lunar Orbiter foram lançadas por veículos de lançamento Atlas-Agena-D.

Os Lunar Orbiters tinham um engenhoso sistema de imagem, que consistia em uma câmera de lente dupla, uma unidade de processamento de filme, um scanner de leitura e um aparelho de manuseio de filme. Ambas as lentes, uma lente de alta resolução (HR) de ângulo estreito de 610 mm (24 pol) e uma lente de resolução média (MR) de grande angular de 80 mm (3,1 pol), colocaram suas exposições de quadro em um único rolo de filme de 70 mm. Os eixos das duas câmeras eram coincidentes, de modo que a área fotografada nos quadros de RH foi centralizada dentro das áreas de quadro de RM. O filme foi movido durante a exposição para compensar a velocidade da espaçonave, que foi estimada por um sensor eletro-óptico. O filme foi então processado, escaneado e as imagens transmitidas de volta à Terra.

Durante as missões da Lunar Orbiter, as primeiras fotos da Terra como um todo foram tiradas, começando com a elevação da Terra sobre a superfície lunar pela Lunar Orbiter 1 em agosto de 1966. A primeira foto completa de toda a Terra foi tirada pela Lunar Orbiter 5 em 8 de agosto de 1967. Uma segunda foto de toda a Terra foi tirada pela Lunar Orbiter 5 em 10 de novembro de 1967.