K-3 był pierwszym radzieckim okrętem podwodnym z napędem jądrowym – wyposażony został w dwa wodnociśnieniowe reaktory jądrowe WM-A o mocy cieplnej 70 MW. Okręt o opływowym kształcie, długości 109,7 metra i wyporności nawodnej 3087 ton oraz 3986 ton w zanurzeniu, zdolny był do rozwinięcia pod wodą prędkości 30 węzłów. Był pierwszą radziecką jednostką podwodną, która osiągnęła biegun północny. K-3 nękany był jednak awariami, które – podobnie jak innym jednostkom projektu "627A" – uniemożliwiły mu wzięcie udziału w działaniach radzieckiej floty podwodnej podczas kryzysu kubańskiego. W efekcie eksplozji w przedziale torpedowym okrętu w 1967 roku śmierć poniosło 39 osób. Okręt, który wszedł do służby w 1958 roku, pełnił ją przez 30 lat do roku 1988.