ソニック・ザ・ヘッジホッグ3
セーブ機能
今作はソニックCDに続いてバックアップ機能が搭載され、電源を切っても前回のゾーンの続きをプレイする事が可能になった。
現在のゾーン・カオスエメラルドの所有数・ソニックのストック数が、進行状況としてセーブされる。ゾーンのセーブは、各ゾーンのアクト2をクリアして次のゾーンに進むか、カオスエメラルドを手に入れたタイミングで行われるが、再開は必ずセーブされたゾーンのアクト1からとなり、またデータ内でクリアしたスペシャルステージは再びプレイできなくなる。
セーブデータは6つまで保存可能で、セーブ機能なしでプレイしたい場合は、NO SAVEモードを選択する事ができる。なお、プレイヤーキャラはゲーム開始時にソニック&テイルス（2人プレイ）・ソニック（1人プレイ）・テイルス（1人プレイ）の3つから選択できるが、一度選択するとそのセーブデータ内で途中変更する事はできない。
また、ソニック3の後編に当たるソニック&ナックルズのロックオンシステムを使う事で、両ゲームの全ステージをセーブ機能付きでプレイする事ができ、ナックルズを選択する事も可能になる。
とある島の伝説
遠い昔、その島がまだ大陸の一部だった頃、そこにはある"力の石"のエネルギーによって平和で豊かな社会と文明を築いた人々が暮らしていた。しかしある時、力の石のエネルギーを我が物としようとした長老一派が誤って力の石を暴走させてしまった。文明は一瞬のうちに消滅し、歴史から消えてしまったが、天空から舞い降りた神々によって文明の一部分は島として修復され、力の石と共に大空に放たれたと言われている。
ソニック編プロローグ
『ソニック2』でソニックに破壊されたDr.エッグマンの要塞「デスエッグ」は墜落し、落下軌道上に存在した浮遊島へ衝突した。その衝撃により浮遊島は降下し海面に衝突し、大きな津波を引き起こしたものの、わずかに海上の上空にその姿を留めた。
その数日後、デスエックと浮遊島の衝突現場から遠く離れた島においてソニックの相棒"テイルス"が発明したジュエルレーダーが突然始まった強力なカオスエメラルドの反応を感知した。先日の津波との関連性を感じたテイルスはソニックのいる浜辺へと向かっていった。
その頃浜辺で昼寝をしていたソニックは古代文字らしきものが彫られた小さなリングが砂浜に流れ着いているのを見つけた。それを手に取ったソニックはある島についての古い伝説を思い出した。なぜか無性に懐かしさにかられたソニックは再び冒険に旅立つ決心をした。
墜落したデスエッグから脱出したDr.エッグマンは浮遊島にカオスエメラルドがあることに気が付いた。カオスエメラルドを手に入れ、そのエネルギーでデスエッグを再び宇宙に飛び立たせるため、急速に浮遊島に基地を建設し、さらに島の動物たちを拐いロボットに改造した上で、環境変化マシーンを用いて浮遊島の自然環境を厳しいものに変えてしまった。
ナックル編プロローグ
島の地底に眠るカオスエメラルドの結晶柱"ピラー"（マスターエメラルド）の力を制御する7つのカオスエメラルドを守るガーディアン"ナックルズ・ザ・エキドゥナ"。彼は島の仲間たちからは"ナックル"と呼ばれている。
ある日ナックルがカオスエメラルドに異常がないか確かめようとした時、目の前のカオスエメラルドが輝き異常な振動を始めた。今までなかったこの現象に戸惑ううちにカオスエメラルドの振動は激しさを増し、振動が最高潮に達した時、キーンという音と共に閃光が瞬き、ナックルは祭壇の外に投げ出されてしまった。ナックルが意識を取り戻した時には神殿は半壊し、カオスエメラルドは破片すら残さず消え去ってしまっていた。茫然としたナックルが遠くに視線を向けると、湖のあたりに巨大な丸いタマゴのような物体があるのを見つけた。その物体を"カオスエメラルドの祭壇に描かれた伝説に登場する島に災いをもたらすドラゴンのタマゴ"だと考えたナックルは消えたカオスエメラルドを捜して島のあちこちを調べ回っているうちに"Dr.エッグマン"と名乗る見慣れない男と遭遇した。Dr.エッグマンはナックルがカオスエメラルドのガーディアンだと知ると、自身が巨大タマゴの調査に来た科学者であり、自らの研究の邪魔をする"ソニック"という悪のハリネズミがカオスエメラルドを狙っているという嘘の話を聞かせた。
スペシャルステージ
各ステージのどこかに隠されているスペシャルリングを取得するとスペシャルステージにワープする。
このステージは方向の変更とジャンプのみで操作する3Dの強制スクロールで、マップ上にある全てのブルーボールに触れてレッドボールまたはリングに変えることが目的。
ただしステージ上にある星型の模様のあるバンパーボールに触れると弾かれて後ろ向きに走らされてしまい、レッドボールは触れたその場でスペシャルステージ終了となるので注意。
ブルーボールの外側を囲うように全てレッドボールに変えることで、その囲んだボール・囲まれたボールが全てリングになる。内側にブルーボールを残す必要があるので、縦横のどちらかが2個だと変化しない。
リングは50個以上集めるとコンティニューが1回分増える他、変化できるものを含めた最大数のリングをすべて集めきることでパーフェクトスコアボーナスが入る。
マップ上のブルーボールが他のオブジェクトに変化することで全てなくなると、カオスエメラルドを手に入れることができる。
これを7個全て獲得すると、以降はソニックがスーパーソニックに変身することが出来る様になる。
リングを50枚以上取り、さらにジャンプ中に再度ジャンプボタンを押すことで変身し、転落以外に無敵になり、スピードも速くなる（ソニック2と同様）。
ただし、時間が経つたびにリングが1個ずつ減っていき、リングが無くなると元の姿に戻ってしまう。
すでにカオスエメラルドが7個ある場合、スペシャルリングを取得してもスペシャルステージに行くことはなくなり、代わりにボーナスとしてリングを50個獲得できる。なお、一度取得されたスペシャルリングは消滅して2度と取ることができないが、いったんゲームをクリアしたセーブデータでプレイした場合、スペシャルリングはアクト毎に復活し何度でも取れるようになる。
音楽
『ソニック1』、『ソニック2』のBGMはDREAMS COME TRUEの中村正人、『ソニックCD』のBGMは日本・欧州版が尾形雅史と幡谷尚史、北米版ではSpencer Nilsenによる作曲であったが、今作のBGMは社内のみでの制作となっている。   
しかし、初期の企画では作曲をマイケル・ジャクソンに委託する予定だったという説がある。1993年に起きた騒動の最中、セガはこれを取り消し社内での作曲に変更した。しかし、すでにこの時点でマイケル・ジャクソンは曲をほとんどすべて完成させていたので、これらの曲は作曲スタッフによって編曲されてゲームに収録されたといわれる。スタッフロールに彼と関係の深い数名がクレジットされていることや、後に発表された彼の曲に類似した曲が存在することなどから推測が飛び交ったが、中裕司をはじめ開発者はこの説を否定している。   
2009年12月、同ゲームの音楽に関わっていたブラッド・バクサーがフランスの雑誌『Black&White』のインタビューで、マイケル・ジャクソンと共に作曲をしていたことを明かした。また、エンディングのクレジットで流れるテーマ曲と『ストレンジャー・イン・モスクワ』の類似性は偶然ではないと語っている。
また、この影響からか1997年2月14日に発売されたWindows版『ソニック&ナックルズ コレクション』ではZONE4、5、6、エンディングテーマなどの音楽が全く別のものに変更されている。
ソニック&ナックルズとの関連性
初期の企画では、ソニック&ナックルズとソニック3は一本のゲーム『ソニック・ザ・ヘッジホッグ3』として発売される予定だった。
開発当初は3Dポリゴン演算処理用の特殊チップである「SVP（セガバーチャプロセッサ）チップ」を組み込む予定であったが、SVPチップの開発が遅れ、その影響で『ソニック3』の開発も停滞気味となっていた。しかし、北米市場では既に全米のマクドナルドで子供向けのファミリー層を購買対象にしたハッピーミール・キャンペーンとのタイアップにより『ソニック3』の発売日は1994年2月2日と確定していたため、開発リーダーの中裕司はそれまで1年かけて開発していた当初の『ソニック3』を断念して殆どゼロからの状態で新たに作り直す必要に迫られ、「製作期間の兼ね合いから、予定していたボリュームの半分を削らなくてはならなかった…」と語っている。
また、バックアップ機能の搭載によって、当時としてはゲームに必要とするROMの容量が大きくなり、ROM製作に費用が掛かることになってしまったため、前編を『ソニック3』、後編を『ソニック＆ナックルズ』へと内容を分け、後にROMカセット同士をドッキングで接続させるロックオンシステムを採用する事で、コストの低下も図っている。これらの理由により、2つのソフトを組み合わせた時に完全版として遊べるため、ソニック3単体でプレイした場合は遊べるステージ数が少ないが、中祐司はユーザーに対して謝罪の意味も込めて『ソニック＆ナックルズ』にはどんなROMを挿しても遊べるように膨大なパズル面を用意しており、そのうち『ソニック1』を挿した場合、収録されている2億面全てを遊び切ることができるようになっている。
前後編への分断前の名残として、ソニック3の裏技のステージセレクト画面には『CARNIVAL NIGHT ZONE』と『ICE CAP ZONE』の間の5面の位置に『FLYING BATTERY ZONE』の名前があり、『LAUNCH BASE ZONE』の後に『MUSHROOM VALLEY ZONE』（『MUSHROOM HILL ZONE』の初期の名前と思われる）と『SANDOPOLIS ZONE』の名前が残っている。  
またソニック&ナックルズにおいてプレイすることができるナックルズ専用のステージのルートは、ソニック3単体の時点ですでに準備されており、裏技を使うことで入り込むことができる。そしてソニック3単体のミュージックセレクトでもソニック&ナックルズの通常ステージ、ボス、ボーナスステージの音楽を聞くことができる。