2013年，广东篮球名宿李群到南宁助阵一场三对三篮球赛，一眼就相中了廖三宁并把廖三宁带到了东莞篮球学校。

2018年，廖三宁经过五年的专业训练成长为一名控球后卫，入选U17中国国青队和最终世青赛名单。同年，在2018全国“篮校杯”U17男子篮球决赛东莞篮校队56-50战胜江苏U17男篮队比赛中，廖三宁随队夺得赛事冠军并在决赛中取得25分，评为该届赛事MVP。

2019年，廖三宁接受了北京首钢俱乐部、北京紫禁勇士俱乐部、上海久事大鲨鱼俱乐部三家CBA俱乐部的试训邀请，并最终留在了马布里领军的北京控股男篮。同年夏天，廖三宁以主力控卫的身份，为东莞篮校征战了第二届青运会，小组赛场均拿下22.6分、8篮板和4助攻。

2022年1月20日，在2021-2022赛季CBA常规赛第25轮北京控股119-111战胜广州龙狮篮球俱乐部，廖三宁得到30分、11篮板和3助攻，创下职业生涯得分新高。1月29日，在北京控股与浙江广厦雄狮俱乐部的比赛中，廖三宁被肘击导致颧骨两处骨折，2021-22赛季报销。1月30日，北京控股男篮宣布廖三宁手术成功。3月2日，在2021-22赛季CBA常规赛第三阶段首场北京控股89-101不敌深圳新世纪烈豹俱乐部的比赛中，廖三宁佩戴面具火线复出，被主教练斯蒂芬·马布里称赞为“真正的勇士”。3月11日，廖三宁入选CBA全明星星锐挑战赛CBA星锐队名单。常规赛，廖三宁场均能够贡献12.4分、4.2个篮板和4.6次助攻，他的两分球命中率为49%。11月19日，廖三宁入选CBA公司公布的参加2022年CBA全明星周末技巧挑战赛名单以及2022年CBA全明星周末星锐挑战赛名单。12月2日，2022年CBA全明星周末星锐赛中，星锐一年级队75-73击败星锐二年级队。星锐一年级队的廖三宁荣膺星锐赛MVP。