Przebieg misji Ranger 3 został wystrzelony 26 stycznia 1962 roku. Z powodu usterki w systemie kierowania rakiety nośnej, sonda otrzymała zbyt dużą, o 2%, prędkość. O fiasku misji zdecydowały jednak błędne komendy, które spowodowały obrót statku w niewłaściwym kierunku. To zaś sprawiło, że jego antena straciła kontakt z Ziemią i nie można było wykonać manewru korekty trajektorii. Statek nie przesłał żadnych zdjęć również z przyczyn technicznych – błędnego sygnału, jaki pojawił się w obwodach sondy. Podczas lotu statek przez ponad 40 godzin przesyłał dane zbierane przez detektor promieniowania gamma. 28 stycznia, o 23:23 GMT, mijając Księżyc w odległości 36 793 km, Ranger 3 wszedł na orbitę okołosłoneczną i nie zwrócił już żadnych danych.
Budowa i działanie thumb|150px|left|Prace nad sondą serii Block 2
Sonda została zbudowana przez Jet Propulsion Laboratory, część amerykańskiej NASA. Miała wysokość 3,1 m i masę 329,8 kg. Na jej szczycie znajdowała się kapsuła o średnicy 0,65 m, osłonięta drewnem balsą i wyposażona w silnik na paliwo jednoskładnikowe. Sześciokątna podstawa sondy miała średnicę 1,5 m i pokryta była chromem i złotem. U spodu sondy zamontowano antenę dużego zysku.