Sondene Venera 3 til 6 var lik Venera 1 og Venera 2. De veide omtrent ett tonn, og ble skutt opp av en Molnija-rakett. De inkluderte en atmosfærisk sonde som var rund, designet for å tåle det ekstreme trykket i atmosfæren til Venus. Selv om sondene ble designet for å tåle trykket, så var de aldri utstyrt med noen for slags landingsutstyr. De første sondene sviktet nesten umiddelbart etter å ha gått inn i atmosfæren, selv om russerne hadde håp om at sondene skulle nå overflaten intakte.