Lunik 3 wurde am 4. Oktober 1959 gestartet und wog 278,5 Kilogramm. Lunik 3 besaß im Gegensatz zu Lunik 1 eine Kamera, mit der sie spektakuläre Fotos von der erdabgewandten Seite des Mondes aufnahm. Die Sonde gelangte nach einer Mondumrundung wieder in das Schwerefeld der Erde und verglühte im April 1960 in der Erdatmosphäre. Der Funkkontakt riss am 22. Oktober 1959 ab.
Eine Marke aus der Ausgabe "5 Jahre sowjetische Weltraumflüge" der DDR (MiNr 933) zeigt Lunik 3 bei der Mondumrundung.