2008年7月7日，大连快轨3号线续建工程试通车；12月28日，大连快轨3号线续建工程（开发区站至九里站）开通试运营，同时开行大连站至九里站大交路列车。

2012年，大连快轨3号线进行信号系统扩能改造。

2013年9月11日，大连快轨3号线增购车辆在中国北车大连机车旅顺基地进行总合成。

2017年10月，大连快轨3号线更名为大连地铁3号线，大连快轨3号线九里支线更名为大连地铁3号线支线；10月16日，大连地铁3号线实施安检仪安检。

2019年4月，大连地铁3号线大修改造工程开工建设。

2021年7月5日，由大连地铁集团有限公司申请的《地铁3号线新建梭鱼湾站工程》审批办结，标志着大连地铁3号线新增梭鱼湾站工程获得批复；11月12日至11月17日，因大连地铁13号线一期工程进度和线网规划要求，大连地铁3号线支线暂停运营，开展信号系统运行测试工作；11月18日，大连地铁3号线支线恢复运营，同时，经大连市政府主管部门批准，大连站至九里站大交路列车暂停运营；12月28日起，大连地铁3号线支线与大连地铁13号线一期工程贯通运营至普兰店振兴街站。

2022年11月，大连地铁3号线站台门开始施工。

2023年2月20日，大连地铁3号线地铁大连站更名为“大连站”；9月1日，大连地铁3号线站台门投入使用。

大连地铁3号线主线最大站间距为7.86千米，位于黄海大道站（预留）至金石滩站之间，最小站间距为1.84千米，位于小窑湾站至黄海大道站（预留）之间，平均站间距为3.745千米；大连地铁3号线支线最大站间距为2.554千米，最小站间距为1.696千米，平均站间距为2.172千米。

据2023年3月大连地铁官网信息，大连地铁3号线共开通18座车站，具体信息如下所示：

大连地铁3号线主线南起西岗区大连站，沿疏港路向西进入香炉礁，之后沿东北快速路穿过梭鱼湾城市副中心进入金家街，随后进入椒金山隧道沿着东北快速路继续向东北方向行驶穿过泉水住宅区，继续沿华北路、振兴路向东行驶穿过后盐交通枢纽、大连湾地区进入金州区，经过金马路、辽河西路穿过大连经济技术开发区、大连保税区、双D港、小窑湾等地区，最后沿辽河东路行驶止于大连金石滩国家旅游度假区金石滩站。

大连地铁3号线支线南起金州区开发区站，沿东北大街、五一路向北行驶，穿过通世泰、鸿玮澜山进入东山路，随后跨越丹大快速铁路、沈大铁路向西北方向行驶进入和平路，之后沿金兴路、胜利路向北行驶，穿过十九局后沿黑大线向东北方向行驶止于九里站。

据2022年5月大连地铁官网信息，大连地铁3号线各站点首末班车时间如下所示：

2003年至2015年，大连地铁3号线年度客运总量信息如下表所示：

2009年至2018年，大连地铁3号线日均客运量信息如下表所示：

2006年国庆假期首日，大连地铁3号线单日客运量为7.59万人次。

2015年，大连地铁3号线客运周转量为297万人次/千米，日均客流强度为4.52万人/千米。

2017年春节假期期间，大连地铁3号线客运量为48.3万人次；清明节假期期间，大连地铁3号线客运量为55.68万人次。

2018年元旦假期期间，大连地铁3号线客运量为39.47万人次；国庆假期期间，大连地铁3号线客运量为109.74万人次，日均客运量为15.68万人次，比2017年同期增长6.67%。

2019年元旦假期期间，大连地铁3号线客运量为35.81万人次；7月19日，大连购物节首日，大连地铁3号线客运量为17.71万人次。

2020年国庆假期期间，大连地铁3号线客运量为84.62万人次。

2021年劳动节假期期间，大连地铁3号线客运量为67.64万人次；国庆假期期间，大连地铁3号线客运量为79.3万人次。

2024年春节期间，大连地铁3号线八天累计客运量为51.13万人次；2月24日，元宵节当日大连地铁3号线客运量为11.26万人次。

大连地铁3号线采用大小交路运营；大连地铁3号线主线大交路为大连站至金石滩站，小交路为大连站至保税区站。

截至2021年12月，大连地铁3号线支线与大连地铁13号线一期工程贯通运营，大交路为开发区站至普兰店振兴街站，小交路为开发区站至九里站。

2023年4月17日起， 大连地铁3号线工作日加开保税区站16:38和16:58始发到大连站2个车次。非工作日加开保税区站16:58和17:18始发到大连站2个车次。

大连地铁3号线主线设有海湾车辆基地，车辆基地由海湾车辆段、控制中心、综合维修中心和物资总库组成；支线设有九里车辆段。

大连地铁3号线运行系统包括调度集中（CTC）系统、列车自动防护（ATP）系统、计算机联锁（CBI）系统等。CTC系统由控制中心CTC总机系统和车站CTC分机系统设备组成。ATP采用固定闭塞式ATP系统，采用阶梯式速度曲线控制方式，主要由WG-21A型无绝缘移频轨道电路、地面点式应答器和车载ATP系统组成。

截至2012年8月，大连地铁3号线全线18座车站均设有无障碍通道。其中大连站、香炉礁站、开发区站设有残疾人专用电梯；大连站东、西广场和站台铺设了盲道，车站正门设有盲人坡道及安全护栏，残疾人专用电梯出口处设有护栏；大连站、香炉礁站的卫生间内设有残疾人专用设施及专用抓杆；双D港站设有折返形坡道。大连地铁3号线每台列车均装有语音报站装置，每节车厢均设有电子显示屏，两端设有专用抓杆。

截至2020年4月，大连地铁3号线全线18座车站均开通扫码购票、扫码和闪付过闸等移动支付功能，有效助力乘车实名制管理。

截至2023年9月，大连地铁3号线主线12座车站站台设有半高安全门，高度为1.5米，将站台区域与轨道区域分隔开来，更好地为乘客提供了安全保障。

大连地铁3号线香炉礁站至大连站区间具有技术含量高，施工难度大等特点；线路全部在高架桥上，高出地表面最低处为9米，最高处大于20米，铺设线路所需材料和设备均需吊至桥上作业。线路处在公路、铁路及小批发市场、商场、火车站之间的拥挤地段，材料进场困难，作业面受到限制。线下单位施工进度不一致共有4处施工断点致使轨道工程施工不能连续作业，只能利用工具轨法分段施工、增加劳动强度。焊轨设备用轨道车和平板车配合车辆重、坡度大、曲线半径小使焊轨操作难度增加。为保证施工进度，建设者采用小型液压起拨道机、捣固机进行线路整道，采用移动式AMS60焊轨车在桥上进行钢轨焊接，采用“滚筒放散法”进行应力放散，采用“连入法”进行无缝线路锁定；道岔、钢轨伸缩调节器的铺设采用汽车拉运、人工铺设，并配合小型机具上砟整道；整体道床采用“钢轨支撑架法”进行施工，克服了以上困难。

大连地铁3号线十五号桥长1009.8米，宽8.8至9.4米，具有坚硬岩石、地下水位高、粘土成分大、富含地下水等特点；建设者采用全钢定型模板施工、箱梁模板施工、挖孔桩成孔施工等技术克服了以上困难。

2018年4月3日，大连地铁3号线开行大连（旅顺）国际樱花节主题专列，樱花专列以粉色樱花绘画为基调，进行全车厢装点，呈现出春日花开的意境，让每一位置身其中的乘客仿佛漫步于烂漫的樱花丛中。

2017年6月15日，大连地铁3号线在世界范围内首次采用中、英、日、韩、俄五国语言信息播报，提升了大连的国际化城市形象。

截至2021年9月，大连地铁3号线新建梭鱼湾站位于既有香炉礁站与金家街站之间，在原线新增；新建车站建筑面积为6475平方米，为地面二层侧式车站，采用钢制结构；车站总长度120.8米、总宽度24米，站台有效长度118米、宽度7.8米。

截至2019年1月，根据《大连市城市轨道交通线网规划（2014-2020）》，大连地铁3号线预留两座车站，分别为高城山站、黄海大道站。

大连地铁3号线是大连建设现代化城市的重要组成部分，也是增强城市综合竞争力、促进经济发展的重要标志。（《都市快轨交通》 评）

大连地铁3号线工程建设是大连市城市发展的需要，对大连城市建设、经济、人民生活、投资环境的改善都有重要的战略意义，它不仅象征着大连经济、社会的新发展，也是大连进入现代化城市建设的标志，更是大连市率先基本实现现代化的里程碑。（《辽沈晚报》 评）

大连地铁3号线作为轨道交通建设的重要环节，它的建成必将使各组团形成既彼此分散又相互结合的有机整体，促进城市的合理布局。大连地铁3号线在城市中心区和新城区之间建立了强大的交通联系，将会带来主城区和新城区的一体化，加快了大连市的经济发展。（江西财经大学硕士曾清贤 评）

大连地铁3号线途径城市居住、金融及旅游中心，串联了城市对外交通枢纽、商业中心、公交枢纽等客流集散点，沿线客流密集，并与其它轨道交通、地面公交等实现换乘，在城市综合交通和轨道交通路网中都占有重要的地位，是大连中心城区与开发区之间联系的主通道。（大连交通大学硕士王成燕 评）

大连地铁3号线投入运营，标志着大连市城市客运交通进入新的发展阶段，它将大连市中心区与新市区、先导区紧密相连，将进一步推动大连市经济技术开发区、保税区、金石滩国家旅游度假区、大窑湾港区等先导区的经济建设和旅游业的快速发展。（《城市轨道交通研究》 评）