Ракета-носитель "Космос-3М" была создана на базе стратегической ракеты Р-14, разработанной в Конструкторском бюро "Южное" под руководством Михаила Кузьмича Янгеля.

Одноступенчатая баллистическая ракета средней дальности Р-14 была принята на вооружение в апреле 1961 года. Поскольку к концу 50-х годов в СССР было развернуто промышленное производство НДМГ, в новой ракете было использовано данное перспективное горючее, самовоспламеняющееся с азотнокислотными окислителями.

Баллистическая ракета Р-14 получилась весьма удачной, с большим потенциалом. Поэтому она была выбрана в качестве основы для создания ракеты-носителя легкого класса, существенно превосходящей по возможностям первый днепропетровский вариант РН "Космос" на базе Р-12.

Эскизное проектирование нового носителя, получившего индекс 65С3 началось в КБЮ уже в апреле 1961 года.

Постановление ЦК КПСС И Совета Министров СССР "О создании космического носителя 65С3 на базе боевой ракеты Р-14 и космических аппаратов "Метеор", "Стрела", "Пчела"" вышло 31 октября 1961 года. В этот период КБЮ находилось в сложном положении из-за большой загрузки боевой тематикой. В этой ситуации М.К.Янгель решил передать новые космические проекты другим КБ.

В мае-ноябре 1962 года дальнейшая разработка и изготовление РН 65С3 были переданы в молодое ОКБ-10 в Красноярске (ныне НПО Прикладной механики). Оно было создано в декабре 1961 года на базе филиала № 2 "королевского" ОКБ-1 при заводе № 1001 (ныне Красноярский машиностроительный завод). Этот филиал , а затем ОКБ-10 возглавлял талантливый ученик С.П.Королева - Михаил Федорович Решетнев, в будущем академик, Генеральный конструктор и Генеральный директор НПО ПМ.

Филиал № 2 ОКБ-1 был создан весной 1959 года на заводе № 1001 для обеспечения серийного выпуска баллистической ракеты Р-9, разработанной в ОКБ-1 под руководством С.П.Королева. Однако вскоре ситуация изменилась - в производство было решено запустить не ракету Р-9, а "янгелевскую" Р-14. Филиал № 2 провел большую работу по подготовке серийного производства Р-14 на заводе № 1001. Таким образом передача тематики по 65С3 именно ОКБ-10 не была случайной.

В ОКБ-10 был передан материал эскизного проекта РН 65С3. Это были, по словам М.Ф. Решетнева, даже еще не рабочие кальки, а только проектные прорисовки. Таким образом, разработка нового носителя проводилась в Красноярске практически полностью. Была спроектирована новая вторая ступень, несколько изменена конструкция бака окислителя базовой ракеты Р-14, разработан переходной отсек между ступенями, головной обтекатель, система разделения и другие системы.

Важной особенностью нового носителя явилось то, что он создавался в тесной увязке с космическими аппаратами, которые должен был выводить. Это были низкоорбитальные спутники связи. Предполагалось выводить сразу несколько таких КА одной РН.

Новая ракета проходила летные испытания на космодроме Байконур. Они начались 18 августа 1964 года. Было 8 пусков РН, получившей название "Космос-1". Из них - 7 успешных. Доработанный вариант ракеты "Космос-3" оказался не вполне удачным (было 6 пусков с Байконура, из них 3 - аварийные). После последовавшей модернизации РН под названием "Космос-3М" уже длительное время весьма успешно эксплуатируется Военно-космическими силами. По оценкам американских специалистов, проводивших сравнительный анализ 18 типов различных РН легкого класса, созданных в разных странах, в настоящее время это один из самых совершенных носителей в мире в своем классе.

Для пусков этой РН на космодроме Плесецк по проекту Конструкторского бюро транспортного машиностроения (КБТМ) был построен новый стартовый комплекс на две пусковые установки. Кроме того, под данный тип носителя впоследствии был переоборудован и стартовый комплекс "Радуга", с которого производились ранее пуски РН "Космос-2". Пуски новой РН стали также производиться и с полигона Капустин Яр. Летные испытания данной РН начались в 1967 году, а ее штатная эксплуатация ведет свой отсчет с 1971 года. С космодрома Байконур эта РН больше не запускалась.Небольшое количество носителей запускалось также с полигона Капустин Яр, в основном по суборбитальным траекториям.

Однако прижиться "Космосу-3М" на берегах Енисея не довелось. По мере развития ОКБ-10 его основной тематикой стало создание космических аппаратов. Производство ракеты-носителя "Космос-3М" было передано в Производственное объединение "Полет", расположенное в Омске. Конструкторское бюро этого объединения являлось первым филиалом КБ "Южное", а входящий в него завод серийно выпускал ракеты Р-12 и Р-16. ПО "Полет" является сейчас одной из крупнейших аэрокосмических корпораций России с широким диапазоном производства (ракеты-носители, космические аппараты, ракетные двигатели, транспортные самолеты и другая техника). Ее мощный потенциал способен обеспечить развитие и долгую жизнь РН "Космос-3М". В частности, в настоящее время конструкторское бюро объединения проводит работы по модернизации ракеты-носителя под названием "Взлет" ("Космос-У").