第3窟位於雲岡石窟的東部石窟群，是雲岡石窟最大的窟洞。第3窟的窟前立壁有木構建築遺跡，上有左右明窗，下列左右窟口。明窗前還有一層平台，左右兩側各立一座三層方塔，雙塔之間還有一南向小型窟室。此一小型窟室的主像是彌勒，壁面鑿滿坐佛，東西壁尊像皆為坐佛，壁面也是佈滿坐佛。第3窟的窟內平面為不規則的「凹」字型，東西長42.7公尺，高13.6公尺，兩側深達15公尺，廣大的面積與不規則的平面，也是雲岡石窟所少見。 此一巨型洞窟，先開窟於北魏年間，再於後代補增造像，是雲岡石窟唯一未能在北魏時期完工的大像窟。攸關北魏開窟的時間，有二種說法。1.遷洛都之前（494）。有學者以為該窟原為中心塔柱窟設計，故營造時間應與雲岡第二期窟的時間相當，即文成帝死後（465），到孝文帝太和十八年（494）之際。2.遷洛都之後（494）。也有論者以為，該窟為大同地方官吏僧民，在遷都之後，為反對遷都遭賜死的太子元恂所建，原設計為三壁三鋪，後因正光四年（523）六鎮之亂而停工。至於三尊大像的補刻時間，也有隋或初唐兩種說法。1.隋代造像。有論者以為，該像比例失短，輪廓圓肥，應為隋作。也有人認為，這是隋煬帝追思之作。2.唐代造像。有論者以為證諸史實，隋代並無經營雲岡石窟，直到初唐，才有地方官吏和僧人鑿窟活動，亦即第3窟的補造工程。也有人以為，造像風格趨於初唐，如背光的柔和火焰紋，菩薩的繁複精緻頭飾。 此外，1980年代，一場暴雨過後，第3窟的前室頂板坍方，進行整體加固計畫專案，包括立壁、彌勒洞、明窗以及主尊都進行加固工程。