1976年，牡丹江铁路第三中学成立。 1990年，学校成为市级甲等重点高中。 2004年，学校由铁路系统移交到牡丹江市政府管理。 2005年，学校成为黑龙江省示范性普通高中。 2006年6月，学校更名为牡丹江市第三高级中学。 建校37年来，学校传承铁路半军事化管理文化，并不断注入人本化管理理念，以“打造品牌高中建设和谐校园”为目标，发挥“治学严谨、纪律严明、管理严格”的管理特色，实施了“以文化课升学为主+特长升学为辅”的办学策略，形成了具有自身特点的办学思想和办学理念。学校先后有8人夺得牡丹江市文理科高考状元，培养出一批升入清华、北大等重点名牌大学的毕业生。近年来学校综合办学成就斐然，连续三年高考取得了优异成绩，普本上线率达60%以上，2012年毕伶丽同学以616分的优异成绩位居全市文科前十名，学校社会声誉越来越高，荣获省文明单位、省群众满意学校、省和谐校园、省师德建设先进集体、省“五五”普法先进单位、省中小学体育艺术教育特色学校、省课改先进集体、省“五四”红旗团委；市五一劳动奖、市教育工作标兵单位等诸多荣誉称号。