天问三号是中国国家航天局组织的中国行星探测工程的一项正在计划实施中的火星采样返回任务，该任务计划于2028年发射探测器着陆火星表面，采集样品后于2031年返回地球。
天问三号任务目前正按程序履行报批手续。如果按计划完成，天问三号将成为世界上首个成功的火星采样返回任务。
2016年1月11日，中国的首个自主火星探测任务正式立项。同年，中国政府发布了《2016中国的航天》白皮书，其中“未来五年的主要任务”中包括了“火星采样返回的方案深化论证和关键技术攻关”。
2018年，探月与航天工程中心副主任裴兆宇表示中国计划在2030年前实施四次重大行星际任务，包括火星绕落巡探测任务（后来的天问一号）、小行星采样返回和主带卫星绕飞探测任务（天问二号）、火星采样返回任务和木星系统探测任务（天问四号）。
2020年4月24日，国家航天局在2020年中国航天日启动仪式上宣布了行星探测工程的名称与图形标识，将中国行星探测任务命名为“天问”。同年12月，中国探月工程的嫦娥五号成功携带月壤返回地球，完成了中国首次地外天体采样返回任务。
2021年，中国首次自主火星探测任务天问一号顺利完成火星环绕、着陆与巡视，取得圆满成功。月球采样返回与火星环绕、着陆与巡视的顺利完成表明中国已经掌握了相关的关键技术，为火星采样返回的实施铺平了道路。
2022年，中国首次火星探测工程总设计师张荣桥透露火星采样返回任务的名字为“天问三号”。
天问三号的整体任务流程将与嫦娥五号的月球采样返回过程类似，依次为：
与月球采样返回不同的是，天问三号任务所需要的探测器将分为两个组合体分别发射，两个组合体分别为轨返组合体（轨道器加返回器）和着上组合体（着陆器加上升器）。
根据天问一号总设计师孙泽洲在2022年6月的演讲，天问三号火星采样返回任务的候选方案有两个。两者的轨返组合体发射时间大致相同，但着上组合体的发射时间不同，分别为2028年5月与12月。前者路途耗时较短，但着陆时节为火星秋分，可能面临较恶劣的火星尘暴季节。后者耗时较长（26个月），但着陆时节为火星春分，采样工况条件相对较好。
