История учебного заведения берёт начало c 1966 года. Фундамент закладывался многими поколениями талантливых педагогов. Первым директором школы был Иван Сильвестрович Рынкевич, его последовательно сменяли Николай Григорьевич Соболь, Степан Антонович Чешик, Антонина Ивановна Горчакова, Николай Николаевич Гиро.
С 2005 года переименована в государственное учреждение образования «Общеобразовательная школа №3 с экологическим уклоном г. Вилейки», с 2009 года в государственное учреждение образования «Общеобразовательная школа №3 с экологическим уклоном г. Вилейки», а с 2011 года — государственное учреждение образования «Средняя школа №3 г. Вилейки».
Герб школы — это фигурка маленького желтого цыпленка на фоне сияющего солнца, лучи которого окрашены в цвета белорусского национального флага. Цыпленок — символ трепетности, ранимости, доверчивости и любознательности, ассоциируется с ребенком. Задача педагогов — помочь детям найти свое место в жизни, не ущемляя при этом его прав и свобод. Солнце, своими лучами согревающее цыпленка, — символ стабильности нашего государства и гарант защиты детства.
Девиз школы: «Ад навукі памнажаецца розум».
Главная цель коллектива — повышение качества обучения и воспитания через выявление и реализацию образовательного потенциала учащихся, определение путей повышения эффективности урока
В школе оборудованы и функционируют спортивный и актовый залы, библиотека, медицинский кабинет, 2 компьютерных класса, школьный музей боевой славы.
Ведутся занятия «Школы олимпийского резерва», работают предметные секции в рамках школьного научного общества учащихся.
В течение последних пяти лет прослеживается динамика роста качества образования, числа победителей олимпиад, призёров областных и республиканских научно-практических конференций, конкурсов и смотров, выставок.
В школе действует множество кружков и организаций по различным направлениям: спортивно-оздоровительные, декоративно-прикладные, культурно-просветительские, экологические.