Misja wystartowała w dniu 25 marca 2002 o godz. 14:15:04 UTC ze stanowiska startowego SLS-1/921 (South Launch Site 1 Jiuquan Space Center) w Jiuquan (Chiny) za pomocą rakiety nośnej CZ-2F (nr 2F-Y3).
Shenzhou 3 składał się z trzech modułów: sekcji napędowej, stożkowej kapsuły powrotnej i orbitera. Podczas tej misji wyposażono kapsułę we wszystkie urządzenia niezbędne do załogowego lotu. Przetestowano system ewakuacji awaryjnej inicjowany automatycznie i z ziemi.
Na pokładzie znajdował się manekin, który symulował sygnały fizjologiczne człowieka: kołatanie serca, puls, oddychanie, jedzenie, metabolizm i wydalanie.
Kamera wideo transmitowała obrazy Ziemi widziane przez jedno z okien statku kosmicznego. Był to test systemu transmisji radiowej.
Zainstalowano także dodatkowe 44 eksperymenty.
Kapsuła ponownie weszła w atmosferę i wylądowała w dniu 1 kwietnia 2002 o godz. 08:51 UTC prawdopodobnie na terenie Mongolii.