За 40 минут с расстояния около 65-68 тысяч километров от Луны аппарат получил 29 снимков, охвативших около 70% поверхности её обратной стороны. Изображения были переданы на Землю 18 октября, и человечество впервые увидело ту часть Луны, которая до этого оставалась недоступной для наблюдения.

«Луна-3» стартовала 4 октября 1959 года с космодрома Байконур. В отличие от современных космических аппаратов, для съёмки использовалась 35-миллиметровая фотоплёнка, которая проявлялась непосредственно на борту. После этого изображения сканировались и передавались на Землю с помощью специальной фототелевизионной системы.

Полученные снимки показали, что обратная сторона Луны значительно отличается от видимой: на ней оказалось гораздо меньше лунных «морей» и значительно больше кратеров. На основе данных «Луны-3» учёные составили первую карту обратной стороны Луны и первый лунный глобус.

Мало кто знает, что к созданию аппарата имели отношение и новосибирские учёные. В разработке участвовал академик АН СССР Михаил Алексеевич Лаврентьев - один из основателей Новосибирского Академгородка и первый председатель Сибирского отделения Академии наук СССР.