Projekt tego samolotu oznaczony symbolem "K", był dziełem trzech konstruktorów pracujących w zakładach nr 301 – S. A. Ławoczkina, M. I. Gudkowa i W. P. Gorbunowa. Miał to być szybki i dobrze uzbrojony samolot myśliwski o konstrukcji wykonanej z drewna. Choć przy jego budowie wykorzystano nowoczesne technologie, prototyp oznaczony I-301, który oblatano 9 kwietnia 1940 roku, wykazał wyraźny niedobór mocy. Początkowo samoloty seryjne miały zostać oznaczone ŁaGG-1, ale po zwiększeniu pojemności zbiorników paliwa postanowiono zmienić nazwę na ŁaGG-3. Produkcję seryjną uruchomiono najpierw w zakładach nr 23 (gdzie zbudowano 65 egzemplarzy), a później w zakładach nr 21, 31, 153, 165. W 1. półroczu 1941 roku zakłady nr 21 zbudowały 214, a do końca 1445 sztuk tego samolotu. Samoloty początkowo przeznaczano do służby na Dalekim Wschodzie. Jako pierwszy, w marcu 1941 roku, w samoloty te wyposażono 24. pułk myśliwski – kilka tygodni później samoloty zwrócono producentowi w celu usunięcia usterek hydrauliki podwozia.
ŁaGG-3 był dość zwrotny, ale ze względu na niekorzystny stosunek masy do mocy silnika miał słabe wznoszenie. Kiedy gwałtownie spadła jakość produkcji, piloci nadali mu przezwisko: лакированный гарантированный гроб (łakirowannyj garantirowannyj grob), czyli lakierowana gwarantowana trumna.