MSZ-006-3 Z高达三号机是MSZ-006Z高达的第三款式，是Z高达的大气圈特化型号，以追求大气圈内主力可变机的综合性能为目标，实现多种装备与机能的搭载。

尽管Z高达拥有全领域作战的泛用性与WR形态下匹敌宇宙战机的傲人性能，但在大气圈由于自身设计的空气动力学效应，空气阻力与机翼的下反角还是超音速巡航下的喷气引擎所产生的震动对机体造成的金属疲劳，导致本机的WR形态下在大气圈内的性能远远不如空优战机。为此，AE的技师们吸取了Z高达一号机与其机师卡缪·维丹的反馈，试验性的搭载了通过程序抵消震动的驱动系统，调整双眼传感器，换装针对空气动力学优化的大气圈专用护盾，对脚部推进机构的配置进行调整等措施提升该机种在大气圈下的飞行性能。尽管本机飞行状态下的耗电量对比Z高达一号机提升了130%，但是从空气冷却机体的整体效率来看，确保了总体耗电量的减少。以上改进反馈到了Z高达的第三批次中便是Z高达三号机。

尽管本机的大体构造与武装均继承自Z高达一号机，但由于本机针对重力环境下应用，其大气圈内优秀的远距离进攻与高空战能力使其获得了卡拉巴的青睐，于是AE无偿把Z高达三号机提供给卡拉巴为期进行测试，其中据说由传奇机师阿姆罗·雷驾驶的Z高达三号机以白色为基调配以灰色与紫色条纹的样式，右肩上的A字标识来自MSZ-006A1Z Plus A1（阿姆罗·雷专用机）。U.C.0087年12月6日普洛斯彼罗号事件发生时，本机正在测试超高度迎击用助推器单元，通过弹道飞行成功追及正在降落的逃生舱。通过此次测试后的助推器单元能够提升机体续航距离，增大作战半径，为机体脱离大气层提供必要的推力，可使Z高达三号机以最小耗时到达地球圈的所有区域。之后本机也被改造为机动性提升的MSZ-006-3AZ高达·3A型与搭载大型飞行装甲“强袭组件”的MSZ-006-3Z高达“强袭Z”等不同款式并进行多次超高空拦截作战后，本机重新改造为一号机款式。

基于该机种的出色表现，卡拉巴成为了Z Plus系列的首要客户，并成功的为AE社带来了收益。除了上述提到由阿姆罗·雷驾驶的三号机外，本机作为开发母体还衍生出了MSZ-006-3BZ高达·3B型与MSZ-006-P2／3CZ高达·P2／3C型等款式存在。并且据说在U.C.0097年，反联邦组织EARM讨伐作战中投入使用的Z高达就是改装为一号机款式的Z高达三号机。