Lunar Orbiter 3 byla umělá družice Měsíce, která měla za úkol provést podrobnou fotodokumentaci povrchu Měsíce. Sonda s raketou Atlas Agena D odstartovala 5. února 1967. Byla navedena na orbitální dráhu Měsíce z původně parkovací dráhy u Země. Stalo se tak 8. února a sonda se tím dostala na oběžnou dráhu kolem Měsíce s dobou oběhu 215 minut ve výši 210 až 1 795 km.
O čtyři dny později došlo k další korekci na 54 – 1 840 km. Pak bylo zahájeno snímkování povrchu, zejména oblastí vhodných pro plánované přistání kosmonautů v rámci programu Apollo.
TIP: Průzkum Sluneční soustavy: Sondy, které objevovaly Měsíc
Snímkování bylo předčasně ukončeno pro technickou závadu mechanismu posouvajícího film, ale i tak byl zadaný úkol splněn - na Zem se dostalo 211 snímků. Na jedné fotografii se podařilo zachytit sondu Surveyor 1, která zde přistála v předchozím roce. Dne 9. října 1967 byla sonda s pomocí brzdícího motoru navedena na povrch Měsíce, kde se roztříštila.
