Этот истребитель разрабатывался под руководством трех конструкторов: С.А.Лавочкина, В.П.Горбунова и М.И.Гудкова.
Опытный образец его, называвшийся И-301, вышел на испытания в марте 1940 года, вскоре после И-26 (Як-1) А.С.Яковлева. Отличительной особенностью конструкции И-301 было широкое применение такого нового тогда материала, как дельтадревесина. Металл использовался только там, где без него нельзя было обойтись. Такой подход к проектированию был вынужденным. Возможности цветной металлургии не поспевали за резко возросшими в предвоенные годы потребностями самолетостроения. Единственный путь, позволявший в этих условиях наладить массовый выпуск новых боевых самолетов, заключалась в использовании дерева. Оно в большей или в меньшей степени применялось в конструкции и других самолетов.
На И-301 поставили пушку 23 мм и два синхронных пулемета БС (12,7 мм), в дополнение к которым могли устанавливаться еще два ШКАС (7,62 мм).
И-301 прошел испытания в целом успешно. Однако перед организацией серийного производства было выдвинуто дополнительное требование о повышении дальности полета до 1000 км. Конструкторам пришлось установить дополнительные баки, хотя тогда уже было ясно, что с таким запасом топлива самолет будет слишком тяжел. Первые серийные самолеты, получившие марку ЛаГГ-3, начали сходить с конвейера в 1941 году. Так же как Як-1 и МиГ-3, этот истребитель в первый период Великой Отечественной войны стал одним из основных самолетов нового поколения советских ВВС. Состав вооружения ЛаГГ-3 в процессе серийной постройки менялся.
К сожалению, при освоении ЛаГГ-3 в производстве не удалось сохранить его высокие летные данные. Особенно сильно снизилась скорость. Наиболее успешно ЛаГГ-3 действовал против бомбардировщиков противника, где его превосходство в летных данных и мощь вооружения имели решающее значение. Хорош этот самолет был и для выполнения штурмовых задач. Но все же летчикам на ЛаГГ-3 чаще приходилось вести воздушные бои с истребителями противника. Здесь со всей очевидностью проявились недостатки ЛаГГа, обусловленные слишком большим весом. По решению Государственного комитета обороны их производство было прекращено. Всего за 1941—1944 годы было построено 6528 истребителей.
