3号线一期主线起点文一西路站，终点余杭区星桥路站，线路全长43.8km，平均站间距1.53km，全为地下线。设车站29座，其中换乘站9座，分别与杭州地铁1号线(2座车站换乘)、2号线、3号线小和山支线、4号线、5号线、10号线、环西湖线、杭临线换乘。3号线主线由文一西路站起起依次沿东西大道——水乡北路——五常大道——天目山路——西溪路——曙光路——体育场路——中山北路——河东路——长乐路——大关路——沈半路——白石北路——新天地街——竹清路——华丰路——同协路——大农港路——天都路敷设，终点站临平。线路依次经过了余杭区、西湖区、下城区、拱墅区、江干区等5个城区。
3号线一期支线起点西湖区小和山站，终点百家园路站，线路长8.4km，平均站间距1.98km，全为地下线。设车站5座（含百家园路站），其中换乘站2座，分别与3号线主线、新增12号线换乘。3号线支线由小和山站起依次沿留和路和天目山路敷设。3号线一期主、支线全长52.2km，共设车站33座。杭州地铁3号线为由西向东北走向的轨道交通骨干线，连接了余杭区未来科技城、小和山高教园区、杭州西部居住区、公交汽车西站枢纽站、古荡公交中心站、武林广场商务区、运河商务商贸中心、创新创业新天地核心区、主城东北部居住区和天都城居住区，加强城市西部、东北部及临平副城与主城中心的联系。3号线在丁桥设一座车辆段，在小和山设一座停车场，大架修车辆基地与5号线五常车辆基地资源共享，控制中心利用1号线的七堡控制中心。在绿汀站附近设主变电所（3/5、杭临）、东新东路变（3/4/5共享）、丁桥变三座主变电所。
3号线一期工程由主线和支线组成。主线由文一西路站起依次沿上仓路—水乡北路—五常大道—天目山路—西溪路—曙光路—体育场路—中山北路—河东路—长乐路—大关路—沈半路—白石北路—新天地街—竹清路—华丰路—同协路—大农港路—天都路敷设，终点到达余杭区星桥路站，主线全长43.8km，共设车站29座。支线起点西湖区小和山站，终点百家园路站，线路长8.4km，全部为地下线，共设车站5座。