16 ноября 1965 года с космодрома «Байконур» в 7 часов 19 минут московского времени был запущен беспилотный космический корабль «Венера-3» — автоматическая межпланетная станция, предназначенная для исследования планеты Венера.

Станция «Венера-3» состояла из орбитального отсека и спускаемого аппарата, который представлял собой сферу диаметром 0,9 метра и весил 960 кг. В спускаемом аппарате был помещён металлический глобус Земли, внутри которого находился вымпел с изображением герба Советского Союза, а также были установлены научные приборы.

26 декабря 1965 года была проведена коррекция траектории полёта станции «Венера-3», находящейся в это время на расстоянии около 13 миллионов километров от Земли. За время полета с ней было проведено 63 сеанса связи.

1 марта 1966 года станция достигла поверхности планеты Венеры, совершив жесткую посадку. И хотя система управления станции вышла из строя ещё до подлёта к Венере, и ей не удалось передать данные о самой планете, но были получены важные научные сведения о космическом и околопланетном пространстве в год спокойного Солнца.

Большой объем траекторных измерений стал ценнейшей базой для дальнейшего изучения проблем сверхдальней связи и межпланетных перелетов. Были изучены магнитные поля, космические лучи, потоки заряженных частиц малых энергий, потоки солнечной плазмы и их энергетические спектры, космические радиоизлучения и микрометеоры.

Станция «Венера-3» стала первым космическим аппаратом, который достиг поверхности другой Планеты. В июне 1967 года к Венере улетела следующая станция.