广州地铁3号线
广州地铁3号线是广州地铁營運的路线之一，大致呈南北走向，全线长65.31公里，包括一条主线和一条支线，共設30個站，是中國大陸首條營運時速達120km/h的地鐵線路，總投資為人民币159.05億元，代表色為橙色。开通初期車廂編制为三节，后于2010年4月28日起全線升级為六節。
三号线目前分主线及支线两段。主线为机场北—番禺广场，支线为天河客运站—体育西路，两者在体育西路站交汇。
主線起始於白雲區與花都區交界的新白雲國際機場2号航站樓地下，沿機場大道和機場高速南下，下穿高增種植園，再轉入106國道人和大馬路段，下穿流溪河後繼續沿106國道南下，經過均禾大道路口轉向南，抵達廣雲路西側的嘉禾望崗站。隨後線轉入華南快速繼續南下，轉入同泰路行走後進入廣州大道北一直南下，在白雲山東邊掠過。隨後在怡新路口轉向東南偏南，下穿燕嶺公園後到達廣州火車東站，通過林和西路地底，在天河體育中心西邊掠過，進入體育西路，華夏路，穿過珠江新城西部。再穿越珠江及海心沙，掠過廣州塔旁。隨後在廣州大道南東邊約六百米與其平行佈置，下穿住宅区、海珠湖，经大塘安置区、沥滘村，隨後下穿珠江南航道，进入番禺區。下穿厦滘村后沿新光快速路往市桥。沿光明路折向东至清河东路番禺广场站终止。
支線則起于天源路天河客运站，向东南下穿华南理工大学五山校区与华南农业大学。于岳洲路华南农业大学南门前设站并折向西南偏南，下穿華南理工大學及農科院附屬的住宅區、广深铁路及广园快速路。在天河北路口以南重返五山路（天河科技街），再转至天河路繼續往西行進。隨後經過華陽街口，再以一個圓弧型路段下穿天河体育中心，折向南至体育西路，接入主線。
3號線目前設有兩個車輛段，與2号线共用嘉禾車輛段，位於嘉禾望崗站東北邊，3號線使用該車輛段的北半部；而專用的廈滘車輛段則位於廈滘站東邊。
在運營方常態化加開機場北貫通至番禺廣場的行車路線前，因3號線實際分為兩條不重合的行車路線長達十年有多，廣州地鐵和市民在日常生活及工作中多數把天河客運站－番禺廣場段直接稱呼為“3號線”，而把機場北－體育西路段稱為“3號線北延段”、“3号线北延线”或“3北線”，作為區分。
在1997年的《廣州市城市快速軌道交通線網規劃研究（最終報告）》中，作為備選的B方案中出現了環線，當時的環線為5號線。環線中的東段——體育西路至客村一段，即為現時3號綫的中段。
2000年規劃中，因應番禺撤市建區，同時天河西部開始發展，因此該段被獨立出來，北端延至廣州火車東站，南端按現有走向延長至番禺廣場。同時從體育西路分岔出一條支線，向東沿天河路行進，再大致轉向北伸展至天河客運站。同時從廣州火車東站出發，沿廣園路、舊白雲機場中軸線和機場高速行走的機場快線也出現了。現時3號綫除北延段的路線走向基本確定。
在2003年初步方案中，機場快線被併入3號綫中，並改為大致沿白雲山東邊的廣州大道北佈置。南端也得以大幅延長，從番禺廣場向東到達規劃廣州新城後，沿京珠高速繼續向南，到達南沙。後來2003年方案局部修改，3號綫和4號綫交換廣州新城（現海傍站）以南及以東的路段，同時嘉禾以北的走線亦被東移，改為行走106國道。現時3號線全線走向也基本得以定型。
2001年12月26日，大塘站作為試驗段開工，2003年1月26日，大塘站封顶，成为全线第一个封顶的车站。大塘站作为三台盾构机的始发站，对整个工程起控制性作用。2003年2月8日，三号线市桥北至番禺广场盾构区间始发，成为三号线首个开工的盾构区间。而主線與支線的匯合站——體育西路站亦於同年5月18日正式開工，车站部分结构位於一号线原有车站底下80厘米。5月30日，市桥站主体提前一個月封顶。而在同日，沥滘站开工。2004年8月3日，珠江新城至客村右線順利通過640米寬的珠江，抵達南岸。9日，大石至汉溪區間右线贯通。10月22日，主线广州东站至林和西站区间工程完成；同日，岗顶站封顶。11月26日，客村站完成土建工程。隨後於2005年2月28日，體育西路站封頂。5月23日，汉溪南至市桥北盾构区间左线贯通。
2003年5月22日，广州地铁与阿尔卡特签订了价值4000万美元的基于Seltrac S40的列车控制系统供应合同。7月30日，三号线首批9个车站的99台扶梯供应合同正式签订，供应商为广州日立电梯有限公司。2005年11月18日，三号线列车于湖南株洲电力机车有限公司下线。
三號綫首通段（廣州東站—客村）與二號綫調整工程及四號綫大學城專線段於2005年12月26日下午2時正式投入服務。此時由於無法使用廈滘車輛段，所有3號綫列車都必須暫時使用2號綫的赤沙車輛段，通過客村站東南方的聯絡線以及客村至磨碟沙段的路軌來往赤沙車輛段和3號綫正線。該段開通時使用3節編組列車行走。
2006年6月6日，市桥至番禺广场区间盾构机抵达番禺广场站，标志着三号线隧道全线贯通。9月25日，客村站至汉溪站区间开始热滑。
2006年11月20日，3號綫全線停止服務40天，进行三号线的全线（广州东站/天河客运站—番禺广场）贯通前的联合调试。运营事业总部亦於十天後正式接管市桥站、番禺广场站、天河客运站、五山站、华师站、岗顶站及石牌桥站的管理权、指挥权和使用权。至此，三号线全线顺利实现三权移交。同年12月30日，三號線恢復服務，一期全線通車。行車路線更改為天河客運站—番禺廣場和廣州東站—體育西路，兩者需要在體育西路站換乘。廈滘車輛段也正式啟用。兩條路線均繼續使用3節編組列車行走，並計劃使行車間隔壓縮至3分鐘，以提高行車密度的做法來增加運力。官方稱為「小編組，高密度」（但實際該密度仍未能算高密度），這種思路也對其後的4號線、5號線、6號線和廣佛線等線路的設計產生影響，令上述线路使用了载客量较少的车型和较短的编组。
2007年5月14日，3號線北延段（原機場快線）原有17.03公里高架路線的规划全部更改为地下敷设。为此廣州市政府增加投資10億元，工期延長9個月。同时，为控制投资，原有快慢車設計被取消，機場快線服務亦無法實現。2008年6月24日，按照广州市建设委员会的要求，广州地铁将在永泰站（现白云大道北站）与同和站之间增设永泰东站（现永泰站）。7月28日，國家發改委正式批覆三號線北延線工程可研報告。12月8日，三号线北延段列车采购合同正式签订。2009年2月16日，三号线北延段同永嘉区间，中铁隧道罗威特盾构机始发。11月29日，广州东站与燕塘站区间，成功地铺设了第一个轨排。9月28日，三号线北延段施工最难的区间梅花园站至同和站段双线贯通。11月20日，燕塘站主体结构施工全部完成。2010年2月19日，北延段施放第一条接触线。燕（塘）梅（花園）盾構區間於4月20日雙線精密安全貫通，標誌着三號線北延段全線貫通。4月30日，嘉禾车辆段迎来了第一次冷滑测试。6月20日，北延段嘉禾以北接触网进行了冷滑试验，并试验成功。23日，嘉禾以北接触网一次性送电成功。26日，嘉禾以北接触网进行热滑试验。7月18日，北延段短轨顺利贯通。30日，北延段长轨贯通，至此，2010年广州亚运前开通的地铁路线铺轨工作全部完成。
2010年，广州地铁開始把所有3節編組列车兩兩重聯，变为6节編組列车。2010年1月28日，首列广州地铁三号线北延段增購的6節編組列车始交付。3月21日凌晨，广州媒体记者在3号线厦滘车辆段，观看了“3改6”列车重联过程。4月20日，广州地铁3号线广州东站—体育西段，由2列6节编组的新车运行，率先实现“3改6”。2010年4月28日，兩兩重聯列車正式於天河客運站至番禺廣場段投入服務，3号线全線正式使用6节编组列車行走。
10月10日，工程師钟吉章稱，嘉禾望崗至龍歸站的聯絡通道混凝土抗壓強度未達標，存在嚴重安全隱患。事件引起媒體和市民的熱烈討論。11日广州地铁及施工单位、检测单位均表示，三号线北延段的一条联络通道确实未达到设计标准，但地铁公司称，该工程经设计单位验算，结构仍处于安全合格范围，遂已验收，将如期于10月30日开通。
2010年10月30日早上，廣州市在新白雲國際機場隆重舉行廣州地鐵三號線全線貫通試營運儀式。下午2時，3號綫北延段（機場南—廣州東站）全線投入營運，原體育西路—廣州東站列車全數改以機場南為北端終點站。
2013年6月23日起，北延段列車最高運營速度分階段提速至110km/h，运营周期由原来的83分钟缩短至79分钟，运能提升4%以上。
2013年7月1日起，3號線工作日早上加開「同和至大石單向早高峰短線」。2014年，B1型列车开始改造广播系统，以具备进入廣州東站以北的三號線北延段服務的條件；同年8月2日開始，3號線信號系統軟件進行升級測試，全線（含北延段）車站月台顯示屏均會顯示接下來三班列車的終點站和到達時間。
2017年12月28日中午，北延段預留車站高增站與9號線同步開通啟用。
2018年4月26日早上，廣州白雲國際機場2號航站樓正式啓用，机场北站一同投入營運，取代機場南站成為3號線北端終點站。至此3號線北延段全線所有車站開通投入服務。
2018年9月25日起，3号线早高峰增开番禺广场至同和的双向区间车。
2019年1月15日至1月17日期间，3号线在中峰期时段试行机场北至番禺广场双向交-{}-路。1月21日起，3號線開始在工作日非高峰期和節假日全日全面開行机场北至番禺广场双向交路。至此3号线全面常态实施筹备多年的“Y”型交-{}-路运行模式。6月18日至20日期间以及7月8日起，该安排扩展至工作日晚高峰时段。
三號線全长65.3公里，共设30座车站，曾是全世界所有地鐵當中地下段最長的线路。
3号线的车站的设计遵循“一线一景，一站一色”的规范，每一个车站均有各自的颜色，亦为广州地铁的特色。
3号线体育西路至机场北沿线各站均设有航班信息显示屏，供旅客实时查询航班动态。3号线也会在嘉禾望岗至高增之间播报提示前往相应的航站楼需在机场南和机场北其中一站下车，并播报使用白云国际机场二号航站楼的航空公司，避免旅客误机。 3号线主线是机场北－體育西路－番禺广场，支线是天河客运站－体育西路。现阶段开行三条行車路線：目前此行車方案並不是固定的，未來將继续視客流情況更改行車路線。
因3號線線路較長，加上在早晚間高峰時段，不少車站均有大量乘客，尤其3號線中段車站的乘客更是難以登上列車。為此3號線在早晚高峰時段均設有區間短線車，以疏導車站積壓的大量乘客。但受限於車站配線及客流情況，現時只設有以下幾條主要的區間短線：3號線大致沿廣州新中軸線行走，並向南、北、東（支線）三個方向延伸。串連起新中軸線上的天河中央商務區（天河北、天河路、珠江新城）、海珠區、白雲區東部和番禺區中心城區內的各大住宅區、商業區以及新中軸線上數個重要地標（花城廣場、廣州塔、海珠湖等）；支線更連接天河區西部的石牌崗頂商業區和石牌高校區；同時3號線（北延段）也是新白雲國際機場的交通配套之一，亦連接廣州東站以及其它陸路交通樞紐，承擔起對外門戶的作用。南北兩端的白雲區、花都區和番禺區亦有為數眾多的公交線路連接至3號線沿線各車站，提供車站到區內各鎮街的接駁。
因此3號線開通後即成為廣州市區最重要的南北向交通大動脈，乘客眾多。在2006年線路延伸至番禺和支線開通後，高峰期列車已經出現擠迫的情況。而且3號線鄰近的廣州大道等主幹道經常在高峰期出現嚴重交通擠塞，也令不少市民轉投地鐵。随着通往外围郊区的9号线及14号线的陆续开通，两线往市区一端的终点均接入3号线，令3号线北延段的客流压力百上加斤。再加上3號線客流水平與2號線相當，但3號線採用6節B型車編組，列車運力僅及2號線6節A型車編組的約72%。因此令3號線全天的載客量一直高居不下，更成為廣州地鐵最擁擠的線路之一。雖然3號線在早晚高峰實施多項增加運力的措施，并在后期开行常态化的3号线及3号线北延段贯通列车使得情况有所缓解，但仍無法完全滿足客流需求，高峰期列車仍然經常出現非常擠迫的情況，尤以客村至崗頂和同和至體育西路兩段的最為嚴重。早高峰往市區方向的列車更是仍在番禺區和白雲區内車廂就已經滿載乘客，沿線乘客等候多班列車才能上車的情況更成為常態。
2014年6月份，3號線全線（含北延段）早高峰最大滿載率高達136%，出現在客村站至廣州塔站區間；到了2018年3月份，全線早高峰外圍往市區方向滿載率均超過100%，最大滿載率仍超過120%，出現在燕塘站至廣州東站區間。在2019年12月31日跨年夜当天，3號綫（含北延段）客流量达到275.9万人次，创广州地铁单线历史新高。2020年受疫情影响，3号线的客流虽有所回落，但仍非常繁忙：日均客流强度为2.28万人次/公里，为中国大陆各线中第5高；日均客流量为主线91.92万人次、北延段61.46万人次，若合并计算，则位居广州地铁线网之首。
3号线自通车起（2005年），使用由南车株机-西门子合作制造的时速120公里的B型地铁列车（B1型），其为中国大陆首款营运时速120公里的地铁列车，共生产了40列120辆（3节编组）。后来随着提升本线服务班次、由原来营运的3节编组扩编为6节编组以及北延段的即将完工，亦再次向南车株机购买列车，共制造25列（150辆，B2型），之后再次增购26列（156辆，B4型）。现时3号线在籍列车共有71列。
2019年5月底，作为3号线东延段工程的一部分，廣州地鐵發佈的招標文件中提及為3號線購入10列新列車（B10型），相关订单由中车株机中标，其外观与B2型、B4型列车类似，并在车门上方增设LCD显示屏，首列车（03x143-144）已于2021年11月运抵嘉禾车辆段（后转运至厦滘车辆段进行调试）。
2020年8月初，廣州地鐵發佈的招標文件中提及計劃將為3號線再次購入18列新列車，相关订单由中车长客中标。
B1型列车在投入初期以3节编组营运，后来在编组过短運力不足造成乘车拥挤和外界舆论的雙重压力下，在2010年4月20日終将3节编组扩编成6节编组，扩编的方式为将一列3节编组与另外一列3节编组的列车进行连挂，这亦导致了C车与C车车厢之间不贯通。而后来新购的B2型、B4型列车則直接制造成6节编组的列车，C车与C车车厢之间贯通。
2006年8月2日，石牌桥站正进行出入口通道的暗挖施工，软弱土层突然坍塌，事故共造成一死两伤。
2008年4月2日，三号线赤岗塔站下行方向屏蔽门发生故障，列车不能正常出入站，该故障导致三号线发生大面积晚点。
2009年3月20日清晨營運開始之時，三號線即出現通車以來最嚴重的信號系統故障，由於要完全排除故障需要重新啟動信號系統，全線要停運兩小時以上。考慮到早高峰期間停運影響太大，故只能減少行車班次，營運結束之後才能完全排除故障。
2009年5月15日，三号线北延段，人和至龙归之间的人-龙(三)盾构施工人员开舱检查时突遇不明气体，造成三人死亡。
2010年5月7日，林和西至广州东站由于北延段在建燕塘站积水严重，部分设备失灵被迫停运，5月8日该段恢复营运。8月9日8：42分，大塘至天河客运站发生信号故障，导致全线中断行车约14分钟。
2012年10月12日9时21分，北延段嘉禾望岗—龙归下行区间隧道遭地面违规钻探打穿隧道，钻管掉落隧道，致使两列列车车头玻璃受损，两度停运。
2013年10月2日9时08分，北延段再次遭钻管打穿隧道，事发地位于白云大道北站附近、往体育西路方向的隧道上方，钻管掉落隧道，所幸列车及时停车，未发生碰撞。事件导致三北白云大道北—永泰区间停运，同和站—体育西路站、机场南站—龙归站小交路运行，龙归站—嘉禾望岗站单线往返运行。9时52分后逐步恢复正常行车。
2015年3月19日7时40分，北延段永泰至白云大道北区间因信号系统故障导致大批乘客延误，持续约40分钟。
2015年4月25日17时56分，主支线天河客运站至客村段双向发生列车信号设备故障，导致行车间隔延长至10-20分钟，体育西路、客村等换乘站聚集大量客流；18时30分，地铁官方微博称“故障列车处理完毕，调度人员正在调整行车，行车间隔正逐步恢复正常。”
3号线东延段工程西起已开通运营的三号线番禺广场站站后折返线末端，沿亚运大道（原清河东路）向东延伸，在番禺汽车客运站南侧设置番禺客运站，下穿南沙港快速路后，在规划石基路路口设广州新城西站，在金光大道（规划路）路口设金光大道站，至京珠高速路-亚运大道立交西侧转向东南，之后向东下穿京珠高速路及轨道交通四号线高架，在亚运城媒体中心南侧设本线终点海傍站。目前番禺廣場至海傍段作為廣州市新一輪軌道交通（2015-2025）建設規劃方案的線路之一，已於2017年3月下旬獲國家發改委批覆立項，工可报告亦在2018年1月上旬获批。
2018年11月19日東延段正式開工建設。2020年10月，东延段首台盾构顺利始发。2021年12月17日，番禺广场至番禺客运站区间左线隧道贯通，该区间成为东延段首个实现双线隧道贯通的区间。
3号线东延段（番禺广场～海傍）全长9.58km，共设4座车站，其中换乘站1座：海傍站与4号线换乘。全部为地下线，平均站间距2.38km，最大站间距为3.04km，為番禺客运站至广州新城西站區間；最小站间距1.9km，為广州新城西站至金光大道站區間。本线设停车场一座，位於番禺區市蓮路南侧、長沙路东侧、亞運大道以北，與廣州新城西站接軌。
在3号线当初的规划中，有计划延伸至海傍以东的海鸥岛。在2007年开展编制的轨道交通线网规划中，已规划三号线至海鸥岛，并预留延伸至东莞的条件。
但有市民担心建设地铁会破坏海鸥岛生态环境。在2016年底，广州“54个江心岛保护规划”方案获得市规委会通过，海鸥岛作为其中17个“限制开发类岛屿”之一。最终于2017年2月15日，广州市国土规划委官网在回覆市民提问时，表示：“根据新一轮的轨道交通线网规划，三号线将东延至海鸥岛。”
另外，海傍與海鷗島之間規劃有廣州新城東站，但因該站規劃與另一條軌道交通線路換乘，站位需要統籌考慮設置，現時站位仍未穩定。
故此3号线东延段現時先建設海傍站以西的一段，以東往海鸥岛一段則留待未來繼續規劃。
根据廣州市第三期軌道交通（2015-2025）建設規劃方案，未来支線段（天河客运站至石牌橋站）将拆離3号线，向西南延伸，經過越秀區、海珠區至荔湾区西塱結束，形成10号线。
屆時拆解節點將位於天河路體育東路口東側，即BRT石牌橋站西側。但3號線建設時並没有預料到未來需要對支線進行拆解，從而未作出任何預留條件。故施工期間需要對拆解節點上方的天河路部分路面進行圍蔽，並會對3號線支線的運營造成一定影響；同時受限於10號線規劃走線，現有體育西路站的結構及周邊建築環境，10號線只能在體育中心南側的天河路下方新建天河路站，並通過地下通道連通現有體育西路站實現換乘。拆解後，支線石牌橋前往體育西路的路段將會成為3、10號線的聯絡線，不再參與日常運營，僅供工程車或車務調動使用；而體育西路前往石牌橋的路段將會停用並廢棄。
目前該工程已於2017年3月下旬獲國家發改委批覆立項，並於2018年11月19日正式開工建設。