El Petliakov Pe-3 fue la versión de largo alcance de caza pesado del exitoso bombardero táctico Petlyakov Pe-2.
Los soviéticos, decidieron tomar el mismo camino en su desarrollo que habían tomado previamente los alemanes con el Ju 88 y los británicos con el Mosquito, algunas fuentes, apuntan a que los trabajos en el prototipo de gran altitud VI-100, del cual se desarrollan tanto el Pe-2 como el Pe-3, fueron desarrollados por el ingeniero Vladimir Petliakov a partir de mediados del año 1938[1] A comienzos del año 1941 a una versión de caza pesado, modificada a partir del bombardero táctico Pe-2 se le dio la designación Pe-3.
Era un aparato biplaza (en contraposición al bombardero, que era un tres plazas), en el cual, el artillero, se sentaba de espaldas al piloto para repeler posibles acercamientos por popa.
Se construyeron en torno a 1.300 unidades entre todas las versiones, especialmente de la versión de caza nocturno.
Por su parte, el Pe-3, fue empleado especialmente como cazabombardero o bien como avión de reconocimiento, misiones en las que dio un buen resultado.