Da Aston Martin havde begrænset succes med DB3, fik de designeren A.G. Watson til at udvikle en ny bil. I maj 1953 dukkede en ny prototype op på Charterhill. Bilen var i høj grad baseret på DB3 og havde et lettere chassis med en kortere akselafstand.
I årene fra 1953 til 1957 kørte DB3 og udviklede sig betydeligt. Den første version havde nedenstående specifikation, mens den sidste version havde en 240HK række-6 med kompressor.
DB3S introducerede mange velkomne ændringer i forhold til DB3. Vigtigst var, at Salisbury hypoid- bagakslen blev erstattet med en David Brown spiral version. Det var netop denne hypoid bagaksel, der satte to DB3’er ud af spillet ved Le Mans i 1952. Andre ændringer omfattede et ny karrosseri, chassis og baghjulsophæng.
DB3S hjalp Aston Martin med at opnå mange internationale sejre. Under sin debut på Charterhill slog en DB3S kørt af Reg Parnell en Ecurie Escosse C-Type og vandt den samlede sejr. Kort efter deltog tre DB3S i Le Mans med begrænset succes. Dette var det eneste løb, som Aston Martin tabte i 1953. Under Tourist Trophy, Goodwood Nine Hours og British Empire Trophy opnåede Aston Martin samlede sejre mod britisk konkurrence. Med nogle nyligt opnåede sejre gik Aston Martin efter at sikre flere internationale triumfer.
I 1954 vandt DB3S’erne ikke den samlede sejr ved Le Mans, Sebring eller Mille Miglia. Til Silverstone blev der lavet to coupe-versioner med twin-spark motorer, der udviklede 225 hestekræfter. En af Le Mans-bilerne blev for første gang udstyret med en kompressor. Dette hjalp bilen med at udvikle 240 hestekræfter ved 6000 omdrejninger i minuttet. På trods af forbedringerne tog en 4,9 liters Ferrari sejren ved Le Mans.
I 1955 nød Aston Martin godt af en begrænsning på 3-liters sportsvognsmotorer. Dette år opgav Aston Martin DB3S coupéerne, som deltog og fejlede ved Le Mans. Disse design var meget ustabile ved høje hastigheder. Begge coupéer blev ombygget til åbne biler til sæsonen 1955. Sejr blev opnået ved Silverstone og en andenplads ved Le Mans. Dette var det bedste Le Mans-resultat, Aston Martin havde opnået indtil 1955.
1956 var ikke et begivenhedsrigt år for Aston Martin. En andenplads blev igen opnået af Moss og Collins ved Le Mans. Det var også i dette år, at Aston Martin begyndte at fokusere på en helt ny bil, der ville blive den mest succesfulde, virksomheden nogensinde havde haft. Denne bil var DBR1, som erstattede DB3S i 1957.
Fra 1953 til 1957 blev der produceret omkring 30 DB3S. Elleve af disse var fabriksbiler.
| Type | Racer bil |
| Produktionsår | 1953 – 1956 |
| Produktion | 30 |
| Motor | Række-6 langsliggende foran. DOHC med 2 ventiler/cyl |
| Benzin tilførsel | 3 dobbelte karburatorer |
| Volumen | 2922 cm³ |
| Boring | 83 mm |
| Slaglængde | 90 mm |
| Kompression | 8,5:1 |
| Effekt | 167,8 kw / 225 hk ved 5500 o/min |
| Moment | 246,76 Nm ved 3800 o/min |
| Karosseri/chassis | Aluminium karosseri på stål chassis |
| Forbremser | Al-Fin tromler |
| Bagbremser | Al-Fin tromler |
| Fordæk | 6×16 |
| Bagdæk | 6×16 |
| Styring | Tandstang |
| Affjedring for | Vippe arme med hydrauliske støddæmpere med spiralfjedre |
| Affjedring bag | de Dion aksler med hydrauliske støddæmpere med spiralfjedre |
| Vægt | 856 kg |
| Akselafstand | 2210 mm |
| Sporvidde for | 1244 mm |
| Sporvidde bag | 1244 mm |
| Længde | 3905 mm |
| Bredde | 1492 mm |
| Højde | 1054 mm |
| Gearkasse | 4-trins manuel |
| Top hastighed | 225 km/t |
