1986年1月1日，CCTV-3作为地面无线电视频道在北京地区开始试验性播出，当时属综合频道，也播出《新闻联播》。
1995年11月30日，央视对北京地区每晚文艺、体育节目混播的原CCTV-3改为向全国卫星加扰传送的文艺频道。 戏曲·音乐频道时期（1996.01.01-1999.08.29）
1996年1月1日，CCTV-3正式改为戏曲·音乐频道，原文艺频道改到CCTV-8播出；7月1日，CCTV-3借节目上星之机调整了栏目布局和播出时间，每周一、三、五以戏曲节目为主，二、四、六以音乐节目为主，每天共播出17个小时。戏曲栏目有《戏迷园地》《戏曲采风》《戏苑百家》《戏曲大舞台》《名段欣赏》《知识库》《梨园群英》等，音乐栏目主要有《音乐直播厅》《星星擂台》《中国音乐电视60分》《星星音乐会》《音乐知多少》《我的成名曲》《请跟我唱》《银屏歌声》《外国音乐》《音乐电视赏析》等。 每晚18:20还重播《东方时空》（含周日播出的《实话实说》）。
1999年8月17日，CCTV-3恢复为“中央电视台第三套节目”。
戏曲·音乐·综艺频道时期（1999.08.30-2000.12.17）
1999年8月30日，CCTV-3由戏曲·音乐频道改为戏曲·音乐·综艺频道，每天平均播出17小时以上，其中首播节目时长占49.4%。改版后的戏曲·音乐·综艺频道加强了节目内容和整体包装，在保留《中国音乐电视》、《每周一歌》、《戏迷园地》，《戏曲采风》，《戏苑百家》，《名段欣赏》等栏目的基础上，推出了《电视诗歌散文》、《朋友》、《新视听》等节目。 2000年12月18日，CCTV-3由戏曲·音乐·综艺频道改为综艺频道。在保留部分栏目的同时，增加了频道整体节目时长，特别是黄金时段首播的节目时长，陆续推出《周末喜相逢》、《同一首歌》、《挑战主持人》、《走进幕后》、《与您相约》、《聊天》、《综艺快报》、《八面来风》、《国际艺苑》和《外国文艺》等栏目。与此同时，第三套节目还将《国乐飘香》、《交响世界》、《戏曲采风》、《舞蹈世界》、《电视诗歌散文》等高雅艺术类栏目列为重点，同时以《艺术人生》、《爱心世界》、《演艺竞技场》、《新视听》、《瞬间世界》等栏目，满足广大观众多种多样的欣赏需求。
2001年7月9日，因戏曲频道的开播，大部分戏曲节目分流到CCTV-11（含海外戏曲频道）首播。
2003年7月7日起，随着新闻频道开播，原每晚22:40重播的《新闻联播》在CCTV-3的重播移至新闻频道。
2004年3月29日，因音乐频道的开播，大部分音乐节目分流到CCTV-15首播（《中国音乐电视》2010年9月改到CCTV-15首播）。
第一次改版（2004.10.08-2010.08.31）
2004年10月8日，频道正式改版播出。 34档栏目被调整减至22档，覆盖综艺、娱乐、资讯、益智、访谈和评论等诸多栏目类型，还针对目标受众需求，对整体频道编排结构进行较大调整。在保留《艺术人生》、《曲苑杂坛》、《同一首歌》等栏目基础上，开设《快乐驿站》《星光大道》《联合对抗》《文化访谈录》《想挑战吗》《欢乐中国行》等6个栏目；12月28日，随着CCTV-12由原西部频道置换为社会与法频道，《魅力12》节目转入该频道播出。
2006年1月1日，频道改为全天24小时播出。在改为24小时播出后，根据观众的收看习惯安排播出《中国音乐电视》、《动物世界》和《艺术人生》等栏目； 8月16日起，因中央电视台在晚间黄金时段全面启动“绿色广告标识”的审核工作，CCTV-3在晚间黄金时段屏幕右上角显示半透明状的“绿色广告标识”。
2008年5月12日-6月30日，因四川汶川地震影响，该频道按照广电总局的规定暂停娱乐节目，CCTV-3停播一系列文化娱乐节目，期间该综艺频道全天候24小时播出电视剧，白天时间以电视剧为主，晚间档则播出励志剧，另外还穿插播出抗震救灾歌曲《我们众志成城》、重播《爱的奉献——2008年抗震救灾大型捐助活动》等； 8月11日-24日，该频道转播北京奥运会赛事， 奥运期间台标移动至右上角。
2009年7月17日，原在每日11点55分播出的《综艺快报》停播。
2010年4月14日，因青海玉树发生7.1级地震，按照广电总局的规定暂停娱乐节目1天，期间CCTV-3均播出有关青海玉树发生7.1级地震的新闻节目（各大频道以及卫视频道全部播出）；8月7日，因甘肃舟曲特大泥石流，按照广电总局的规定暂停娱乐节目1天，期间CCTV-3均播出有关泥石流的新闻节目（各大频道全部播出）。
第二次改版（2010.09.01-2013.05.31）
2010年9月1日起，29档节目中有12档节目进行调整，《挑战主持人》等5档节目将陆续停播，《正大综艺》等4档节目转至央视一套播出，《我要上春晚》、《百团大战》等7档节目开播； 9月13日，因《毕录电视》节目当中播出的囊括央视新闻中心制作的综合频道《晚间新闻》片头（2009版）所恶搞现象（《毕录新闻》），导致该节目被央视高层勒令停播。
2011年2月2日，该频道推出了8小时直播节目《喜到福到好运到——春晚倒计时》，并于每年除夕中午12:00至晚20:00播出。 当晚20:00，该频道与CCTV-1、CCTV-4并机直播中央电视台春节联欢晚会；12月31日，该频道与一套、四套及法语频道、西班牙语频道、阿拉伯语频道、俄语频道并机直播《启航2012中央电视台元旦晚会》，该晚会是央视集合各频道资源打造的元旦晚会。
2012年9月28日，该频道开始进行高清、标清同步播出；12月9日，该频道开始通过位于北京市朝阳区的中国中央电视台总部大楼对外试播。
2013年起，因央视加强公益广告审核工作，该频道在播出公益广告时，右上角显示彩色色块的“公益广告标识”。
第三次改版（2013.06.01-2015.12.31）
2013年6月1日，CCTV-3改版并开播益智竞技类节目《越战越勇》； 同年6月2日开播《黄金100秒》节目 ；6月17日12点开始，CCTV-3正式在央视总部大楼全面播出，播出系统采用以网络化制播工艺技术取代以录像、磁带为载体的传播播出模式。
2015年4月9日，因“毕福剑视频事件”影响，《星光大道》及所有与毕福剑有关的节目暂停播出4周（《越战越勇》除外，因开启为梦唱响版本主持人为杨帆） ；6月6日至8日，因“东方之星”沉船事故，按照广电总局的规定暂停娱乐节目并播出纪录片，另外还穿插播出2014中国梦歌曲、哀悼结束期间穿插重播《艺术人生》、《文化视点》（《文化正午》、《文化大百科》为首播）等； 8月16日至21日，因“天津滨海新区”爆炸事故暂停娱乐节目改播纪录片，另外穿插播出三十首抗战歌曲，重播《胜利之歌——纪念中国人民抗日战争暨世界人民反法西斯战争胜利70周年音乐会》；9月3日，该频道与央视其他频道直播反法西斯70周年阅兵式，同时重播有关抗战期间的综艺节目，晚间档首播《纪念中国人民抗日战争暨-世界反法西斯战争胜利70周年文艺晚会》。
第四次改版（2016.1.1-）
2016年1月1日，CCTV-3频道ID和节目预告包装改版（但播出的娱乐节目为2013版的包装），出现方式为翻页式（查看右边图册）；2月8日，CCTV-3播出的节目（除播出的精编的节目外）改为2016包装，同时《过年七天乐》正式复播；4月29日，频道推出季播音乐节目《星光大道超级版》，节目由董卿担当主持。
