У 1937 році був відкритий маршрут № 3, який сполучав пл. 3 Інтернаціонала з Заводом ім. Дзержинського. Під час німецько-радянської війни іще + 1946 р. маршрут не діяв (в 1946 відновлювали лінію і рух. склад). В 1947 році його скоротили до площі Льва Толстого. З 1953 до свого закриття у 1961 Піковий. Відновлений в 1965 році під час відкриття лінії Бессарабська площа-Печерський міст, яка і була 3 маршрутом. Знову закритий у 1972 році. 1988 року маршрут № 3 відновлений і сполучає Академмістечко з проспектом Свободи. Так він діяв до 2000 року — до того часу, як не була закрита трамвайна лінія по Солом'янці. З 2001 р. тролейбус № 3 (початково названий № 31, але згодом два маршрути помінялися номерами) рухається по сучасному шляху: Залізничний масив — Палац спорту, але перші шість роки маршрут рухався по вул. Еспланадній в обидві сторони, з розворотним кільцем біля Палацу спорта у зв'язку з будівництвом в 2004 р. маршрут скоротили: Залізничний масив — Залізничний вокзал «Південний», а у 2007 р. відкриторух по вул. Ш. Руставелі в одну сторону, а двохсторонній рух по вул. Еспланадній закрито, тож 21 жовтня 2007 р. маршрут став ходити по сучасному шляху. Під час київських матчів УЄФА Євро 2012 скорочення 2004 р. повторювалось і неоднократно, але в наші дні маршрут залишився незмінним: Залізничний масив — Палац спорту.