La línea 3 de Metrovalencia está basada en la antigua línea del llamado trenet que conectaba la estación de Valencia-Pont de Fusta y la localidad de Rafelbuñol. Tuvo, al igual que la línea 4 una inauguración extraoficial en 1989, Sant Llorenç, El Palmaret y Alboraya.
El origen de la línea proviene la la antigua línea del trenet que conectaba la estación Valencia - Pont de Fusta con Rafelbunyol, el antiguo trazado discurría en superficie desde la estación de Palmaret en Alboraya hasta la estación de Pont de Fusta por lo que hoy es la avenida de Alfauir, también en ese tramo estaba el apeadero de San Lorenzo. Los viajeros procedentes de la línea de Rafelbunyol pueden llegar a la estación de Pont de Fusta realizando transbordo gratuito con la línea 4 de Metrovalencia en la estación de Benimaclet.
Con el fin de hacer llegar la línea 3 hasta el centro de la ciudad de Valencia se proyectó un túnel bajo la misma en 1992. El 5 de mayo de 1995 se inauguró el tramo entre la estación de Palmaret (en superficie hasta 2010), situada en la localidad de Alboraya, y la de Alameda situada bajo el Puente de la exposición.
Posteriormente, el 16 de septiembre de 1998, esta línea fue prolongada hasta la estación de Avinguda del Cid. En esta ampliación se construyó también un ramal técnico que está entre las estaciones de Colón y Jesús. Este ramal comienza pocos metros antes de llegar a la estación de Xàtiva, y acaba a unos metros de distancia de la estación de Jesús. De manera que las líneas 1 y 2 quedaron unidas a la línea 3, y en 2003 el ramal fue traspasado a la línea 5. Posteriormente, en 2015 el ramal fue traspasado a la actual línea 7.
El 20 de mayo de 1999 se llevó a cabo la prolongación hasta la estación de 'Mislata-Almassil' en la vecina localidad de Mislata.
En abril de 2007 se abrió al público el tramo de prolongación entre Mislata-Almassil y el Aeropuerto de Manises.
A principios de 2008 comenzó el soterramiento de las vías de la Línea 3 de Metrovalencia a su paso por la localidad Alboraya, dando lugar a dos estaciones subterráneas (Alboraia-Palmaret y Alboraia-Peris-Aragó). La línea vuelve a salir a la superficie al pasar la localidad, a la altura del Barranco del Carraixet.
La línea, que es la de más afluencia de pasajeros, discurre en superficie desde Rafelbunyol hasta la estación de Almàssera y bajo tierra desde Alboraya-Peris Aragó hasta el final de línea, en Aeroport. Los túneles de la línea 3 son diferentes en distintos tramos. Desde Alboraya-Peris Aragó hasta Alameda, el túnel es ancho y de doble vía. A partir de Alameda, la línea 3 comparte infraestructura con la 5 y la 9, así como con la 7 desde esa estación hasta cuando solo faltan 10 metros para llegar a la estación de Xàtiva, mientras que los túneles pasan a tener sección circular y a discurrir en paralelo (o superpuestos en la estación de Xàtiva) albergando una vía en cada una de ambas direcciones. Esta configuración se mantiene hasta la estación de Avinguda del Cid, donde a partir de esta y hasta Aeroport vuelve a ser ancho y de doble vía.
Las unidades UTE (Unidad de Tren Eléctrico) serie 3900 construidas en 1995 fueron las primeras unidades que prestaron servicio a esta línea, recogiendo la tensión para los motores de tracción a través de los pantógrafos situados en los coches motores de cada unidad. También prestaron servicio algunas unidades de trenes articulado (UTA) de la serie 3700 cuando el ramal técnico Colón-Jesús pertenecía a la línea 3. En la actualidad las que dan servicio a la línea 3 son las unidades de la serie 4300, al igual que en el resto de las líneas de metro. El sistema de catenaria entre Alameda y Avenida del Cid es a través de un raíl fijo en las bóvedas de los mismos, mientras que en la mayoría de los túneles de doble vía, el sistema de catenaria es convencional. En todos los ramales en superficie el sistema de catenaria es también convencional.
Dentro de las actuaciones previstas para 2021, se encuentra la redacción del proyecto de desdoblamiento de la vía en el tramo entre Alboraia-Peris Aragó y Almàssera.
En 1995 se inauguraron tres estaciones de la línea 3 del Metro de Valencia (Hermanos Machado, Benimaclet y Facultats), que realizaron Lourdes García Sogo y Carlos Meri Cucart. Las estaciones se diferencian a partir de franjas de mármoles de colores. En ellas se exponen murales y esculturas de artistas valencianos, como Carmen Calvo, Artur Heras o Rosa Torres entre otros. Las tres estaciones están incluidas en la Guía de Arquitectura de España 1920-2000 de Antón Capitel como así también en el catálogo de Arquitectura Moderna y Contemporánea de la Comunidad Valenciana elaborado por Carmen Jordá Such y su equipo y en el libro Historia de la ciudad: recorrido histórico por la arquitectura y el urbanismo de la ciudad de Valencia de Sonia Dauksis Ortola y Francisco Taberne.
Además de las mencionadas, los arquitectos realizaron la estación Estación de Alboraya-Palmaret la cual fue ornamentada con la obra Lápida-Mural de Carmen Calvo.
En 1995, junto con las 3 estaciones mencionadas al principio, también se inauguró la Estación de Alameda diseñada por el arquitecto Santiago Calatrava, que pasa debajo del antiguo cauce del río Turia a la altura del paseo de la Alameda de Valencia, bajo el puente de la Exposición.
Rafelbunyol
Massamagrell
Albalat dels Sorells
Foios
Almàssera
Alboraya - Palmaret
Machado
Benimaclet
Facultats
Alameda
Colón
Àngel Guimerà
Avinguda del Cid
Nou d'Octubre
Mislata
Mislata - Almassil
Faitanar
Quart de Poblet
Salt de l'Aigua
Manises
Rosas
Aeroport
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