线路呈南北“Y”字形走向，从北向南贯穿广州市区新城市中轴线和番禺区发展轴线。线路向北与机场快线衔接，向南延伸至广州新城。三号线全长36.86公里，共设18座车站，1座车辆段，新建2座主变电站，1座控制指挥中心。其中在天河南一路与地铁一号线体育西路站换乘；在新港中路与地铁二号线客村站换乘。三号线按照远期规划，三号线除了往北延伸至新机场外，南面到达番禺广场后将折向东，穿过广州新城后直达海鸥岛，届时全线将达84公里，为广州地铁中最长的线路。