Школа була збудована у 1936 році, але підготовчі роботи розпочалися ще з весни 1935 року. Над будівництвом школи працювало три бригади каменярів, тесляр і столярів. Бригадою тесляр керував Тіт Олександрович Фомін, родина якого на довгі покоління пов’язала свою історію з історією школи. Першого вересня 1936р. російськомовна середня школа №3 гостинно відкрила двері перед учнями південно-західної частини міста. Першим директором був призначений Чернецький І.В., який очолював колектив до 1939 року, потім директором став Лопань В.Д.

До 1941 року у школі відбулося 3 випуски, за цей період її закінчили 88 випускників. Але з початком Великої Вітчизняної війни багато вчителів та випускників школи пішли на фронт, багато не повернулися. Загинув на фронті і директор школи Купершмідт І.С., якого було призначено перед війною. У період окупації румунською адміністрацією було зроблено спробу у приміщенні школи румунський середній навчальний заклад – ліцей, однак він не користувався авторитетом серед населення. В останні дні війни в школі №3 розташувався німецький шпиталь.

       Після визволення міста у 1944 році міська рада спільно з учнями та вчительським колективом, який очолив Михайлов І.М., розпочали відбудовувати школу і влітку 1945 року відбувся перший післявоєнний випуск. Директор школи Микола Іванович Михайлов доклав чимало зусиль не тільки для відродження навчальної та матеріальної бази школи, але й для високого духовно-культурного розвитку закладу.

       В 1972 році Балтську середню школу №3 очолив Зубарев В.І. За часів його роботи був створений духовий оркестр під керівництвом вчителя музики Вишневського К.М., приєднано до території школи корпус №5,  переобладнано корпус №2  на класні кімнати, впроваджена кабінетна система навчання,  велика увага приділялась виховній роботі, зокрема, безпеці життєдіяльності учнів та військово-патріотичному вихованню.

       З 1985 року директором школи став Карпій Володимир Іванович. У зв’язку із збільшенням кількості учнів постала необхідність розширити територію школи. Завдяки зусиллям директора до загальної  території школи були приєднані корпуси №3 та № 4, побудований великий спортивний зал, який досі є найкращим в районі. Також було відкрито почесний знак  учням і вчителям, які загинули у роки Другої Світової війни.

       В 1999 році на чолі колективу середньої школи №3 стала Чорнолуцька Наталія Анатоліївна. В 2001 році в традиційно російськомовній школі був відкритий перший клас з українською мовою навчання. А в 2003 році було обладнано перший сучасний комп’ютерний клас.

      З 2006 року по 2015 рік школу очолював Кулик Петро Янкович. Під його керівництвом заклад  було реорганізовано в навчально-виховний комплекс «Балтська загальноосвітня школа І-ІІІ ступенів №3 – колегіум» з метою надання більш широкого спектру освітніх  послуг для допрофільної та профільної підготовки учнів з предметів гуманітарного циклу, побудовано дитячий майданчик на території  початкових класів, розпочато реконструкцію школи, покращено навчально-матеріальну базу, створено вокально-інструментальний ансамбль учнів та вчителів, значно збільшилась кількість учнів-призерів предметних олімпіад, конкурсів та турнірів районного, обласного та Всеукраїнського рівнів. Школа вийшла на міжнародний рівень участі та перемог в освітніх проектах та конкурсах.

На різних етапах історії школи день за днем своє кропіткою працею та багаторічним досвідом виборювали авторитет школи №3, створювали її славні традиції та передавали дорогоцінні знання і вміння справжні корифеї освітянської справи, ті, кого випускники завжди будуть називати «мій улюблений вчитель» - це ветерани педагогічної праці, серед яких: Рубінштейн А.Б., Бомбелюк Є.М., Чайчук А.М., Іванова А.І., Чемересюк Г.М., Гушан Г.К., Колеснікова К.І., М’ясківська Є.В., Зайцева Н.М., Чебаненко Г.І., Позднякова Л.М., Воробйова Г.К., Сученко Т.А., Жирунова Є.Ф., Ситнікова О.С., Ігнатова В.А., Лойтаренко Г.Ф., Кольцова Є.Г., Унтріф Г.М., Павлова О.Ф., Глазкова Н.М., Куницька О.І., Контуш С.О., Сабадаш Т.К. та багато інших.

           З 2016 року розпочинається новий етап у багаторічній історії закладу. В рік свого 80-річчя навчально-виховний комплекс «Балтська загальноосвітня школа І-ІІІ ступенів №3 – колегіум» очолює випускниця школи, досвідчений і талановитий педагог – Капкіна Жанна Валеріївна.

В ніч з 10 на 11 липня 2018 року через влучання блискавки в школі сталася масштабна пожежа, в результаті якої був повністю зруйнований третій поверх і частково другий поверх основної будівлі. З вересня 2018 року основний корпус закладу знаходиться в стадії реконструкції. Для забезпечення відповідних умов для навчання учнів середньої та старшої школи закладу передано будівлю колишньої загальноосвітньої школи-інтернату №2 за адресою вул.Уварова, 85. 

З метою приведення установчих документів школи до вимог чинного законодавства в галузі освіти (відповідно нових Законів України "Про освіту" та "Про повну загальну середню освіту")  рішенням Балтської міської ради №948-VIII від 05 липня 2022 року НВК "Балтська загальноосвітня школа І-ІІІ ступенів №3-колегіум" перейменовано у Балтський ліцей №3 Балтської міської ради Одеської області.

Школа має славне ім’я, надзвичайно багату історію, яскраве і самобутнє сьогодення, величезний потенціал і прагнення рухатись вперед, щоб з кожним днем ставати кращою задля виховання достойного майбутнього нашого міста, рідного краю та неньки-України.