Peu de temps après la reprise de la production en 1947, Aston Martin revient à ses habitudes antérieures : la course. Les premières voitures de compétition étaient étroitement liées aux modèles DB1 et DB2 de l’entreprise et n’ont certainement pas démérité. Toutefois, le nouveau propriétaire d’Aston Martin, David Brown, comprend que gagner les courses majeures nécessite une machine spécialement conçue à cette fin. Pour atteindre son objectif, il embauche Robert Eberan von Eberhorst, qui a précédemment conçu la voiture Auto-Union Type D Grand Prix. Vers la fin de 1950, le développement de la nouvelle « DB3 » peut commencer.

La philosophie de conception de Von Eberhorst est claire : simplicité et fiabilité sont les clés. La conception du châssis est donc tout à fait conventionnelle : un cadre en acier avec un important renfort transversal pour la rigidité. La puissance provient de la dernière version du moteur Lagonda à six cylindres en ligne, de 2,6 litres de cylindrée qui délivre une puissance maxi de 133 ch. La nouvelle voiture de course est  équipée d’une carrosserie spider en aluminium facilement reconnaissable à la grande calandre en forme d’œuf d’Aston Martin.

David Brown avait l’intention de faire débuter la DB3 lors des « 24 Heures du Mans » de 1951 mais, à peine deux mois avant la course, la voiture est encore très loin d’être terminée. Au grand dam de Von Eberhorst, Brown commande en urgence deux versions légères de la DB2 pour courir au Mans, repoussant l’introduction de la DB3. En utilisant le moteur construit pour la DB3, l’une de ces deux DB2 spéciales termine à la troisième place et remporte la victoire dans sa classe. Il faudra attendre jusqu’en septembre 1951 avant que la première DB3 ne prenne la piste lors du Tourist Trophy à Dundrod. Lance Macklin remonte jusqu’à la cinquième place avant d’abandonner avec un moteur endommagé en raison d’une fuite d’huile.

Quelques modifications mineures sont apportées à la voiture pendant l’hiver alors que le « John Wyer run Aston Martin Team » se prépare à donner l’assaut des circuits pour la saison 1952. Trois autres voitures sont construites. Lors de la première course de la saison, à Silverstone, les trois nouvelles DB3  terminent deuxième, troisième et quatrième derrière Stirling Moss dans une Jaguar C-Type. Par rapport à la Jaguar, la DB3 est considérablement sous-motorisée et les ingénieurs d’Aston travaillent rapidement sur une réponse possible : une version de trois litres du moteur six cylindres en ligne est à l’étude.

Pendant le reste de la saison, la DB3 est engagée soit avec le moteur d’origine soit avec les premiers prototypes du moteur de trois litres, mais avec peu de résultats notables. Au Mans, les trois voitures sont contraintes à l’abandon et il faudra attendre la mi-août pour que l’Aston marque sa première victoire majeure. Peter Collins et Pat Griffith remportent la course des « 9 heures de Goodwood », profitant de toutes sortes de problèmes qui ont gêné les Jaguars et les Ferraris  pourtant beaucoup plus rapides. Même si les résultats de la DB3 ne sont guère impressionnants en cette fin de saison 1952, Aston Martin réussi à vendre cinq exemplaires à des clients, dont deux coupés.

Le moteur à cylindrée augmentée ne parvient toujours pas à combler l’écart avec les concurrents et David Brown en tire les conclusions : une version plus légère de la DB3 est décidée. Ce n’est pas du tout l’avis de Von Eberhorst qui, finalement quitte l’entreprise. Il est remplacé par 'Willie' Watson qui démarre l’étude  de la remplaçante de la DB3, surnommé le DB3S. Aston Martin continue à engager la DB3 dans les premiers mois de la saison 1953. La voiture remporte une deuxième place et une victoire de classe aux 12 « Heures de Sebring ».

La DB3S est une nette amélioration par rapport à la DB3, et pourtant il faudra attendre jusqu’à la fin de la décennie avant que David Brown remporte sa victoire au Mans. Parmi les voitures de course construites par Aston Martin dans les années 1950, la DB3 est certainement la moins réussie. Elle mérite pourtant sa place dans l’histoire de l’entreprise en tant que première voiture de course construite au sortir de la guerre.  Sans aucun doute, les leçons apprises avec la DB3 ont contribué au succès ultérieur d’Aston Martin. Finalement, ce sont dix exemplaires qui ont été construits, y compris quatre voitures d’usine, cinq voitures de clients et une voiture de route construite pour David Brown et apparemment utilisée sur la route par sa femme.

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