2013年3月9日，天津轨道交通3号线西南延开始铺设轨道；4月，天津轨道交通3号线南站延长线中的学府站混凝土浇筑完成，标志着延长线首个车站土建施工全部完工；5月12日，天津轨道交通3号线南站延长线，学府站至杨伍庄站区间段桥梁主体混凝土浇筑全部完成；6月2日，天津轨道交通3号线西南延桥梁贯通；7月6日，天津轨道交通3号线西南延轨道贯通；8月5日，天津轨道交通3号线西南延机电贯通；8月10日，天津轨道交通3号线西南延开始静态调试；8月12日，天津轨道交通3号线西南延开始动态调试；8月20日，天津轨道交通3号线西南延开始独立不载客试运行；9月1日，天津轨道交通3号线西南延和已经开通部分贯通并不载客试运行（高新区到小淀正常载客，南站到高新区空载）；12月28日，天津轨道交通3号线西南延伸段南站至高新区站（不含）开通运营。

2021年1月24日，天津轨道交通3号线的运营工作交由天津三号线轨道交通运营有限公司担负；12月27日，天津首座反恐宣传示范地铁站在天津轨道交通3号线华苑站落成。

2023年1月9日起，天津轨道交通3号线开始启用2023年新版列车运行图；新图调整后，工作日高峰时长将延长30分钟，高峰时段平均行车间隔为4.8分钟，最小行车间隔为4分钟；平峰平均行车间隔为7分钟；休息日高峰时长将延长4个小时，高峰平均行车间隔为6分钟，最小行车间隔为5分钟；平峰平均行车间隔为7分钟；4月11日，天津轨道交通3号线津湾广场站D出入口正式投入运营。

天津轨道交通3号线自西青区的天津南站引出，途径海泰大道，过外环线进入市区，沿迎水道、过水上公园，沿水上北路、气象台路、营口道、赤峰道，经天津站及天津站后广场附近的居住小区，沿昆纬路、三马路、下穿天津北站及北宁公园，沿铁东路、穿过北环铁路，沿宜兴埠镇规划道路，过外环线后由地下改为高架沿津围公路前行，过丰产河后，由高架转为地面到达终点小淀。

2012年10月1日，天津轨道交通3号线全天共开行列车208列，共运送乘客12.8368万人次。

天津轨道交通3号线列车由中国南车青岛四方机车车辆制造，为标准B型列车，其采用第三轨下部受流（1号线为第三轨上部受流），与天津其他地铁车型一样车门都为电动塞拉门，车辆编组方式为三动三拖。列车采用国际先进的轻量化不锈钢车体技术，具有耐腐蚀性、寿命周期长的特点。车体外部线条流畅的通长盲窗结构，雅致清新的内部装饰和优良化的旅客信息服务系统。

天津轨道交通3号线拥有华苑车辆段一处，小淀停车场一处。

2020年7月，天津轨道交通3号线列车车厢设置“同车不同温”，“‘同车不同温’设定方式确定为‘两端舒适、中间清凉’。，每座车站站台屏蔽门均张贴强冷、弱冷指示标志，乘客可以根据自身需求选择不同温度的车厢。根据天气变化，天津地铁将适时调整车厢温度。

2013年5月12日，天津轨道交通3号线南站延长线，学府站至杨伍庄站区间段桥梁主体混凝土浇筑全部完成。该段区间长802米，包括145根灌注桩、27个承台、29个墩柱，该区间段横跨50米宽西大洼排污渠和50米宽的养鱼池，施工难度较大。

2017年5月19日，在第十三届全运会倒计时100天之际，天津轨道交通3号线“迎全运”主题列车亮相。“迎全运”主题列车以“轨道交通·畅达津城”为核心理念，车厢内以穹顶贴、侧贴和3D地贴作为主要表现形式，营造全民参与全运会的热烈氛围。车厢外采用动感蓝色和清爽绿色。车门、车窗及车厢连接处变换出现全运会运动项目吉祥物“津娃”。

地铁3号线规划北延线，自西南穿过外环线东北部调线接入京滨城际北辰站的站房。

2021年9月27日，天津轨道交通3号线工程荣获第十八届中国土木工程詹天佑奖。

先后荣获国家科技进步二等奖、教育部科技进步一等奖、国家优质工程、天津市科技进步一等奖等。

天津轨道交通3号线南北两端均连接了大量产业园区、工业园区，为大量劳动力提供了便捷的轨道交通；天津轨道交通3号线因同时途径和平路和营口道两大站点，共同组成了天津商业势能最强的滨江道-和平路商圈，轨道交通功不可没。（赢商网 评）