Film yang digarap oleh Hanung Bramantyo ini tampaknya membuat para calon penonton menaruh harapan tinggi terhadapnya. Bagaimana tidak, jika film "Habibie & Ainun" (2012) dan "Rudy Habibie" (2016) telah sukses membuat penonton merasa seperti benar-benar memasuki kehidupan Habibie dan Ainun. Selain itu, penggarap film ini, Hanung Bramantyo, bisa dibilang merupakan spesialis film sejarah dan biografi karena beberapa karyanya telah berhasil mewakili cerita kehidupan para tokoh besar seperti Soekarno (Film "Soekarno") dan Kartini (Film "Kartini"). Ia juga menyabet predikat sebagai sutradara terbaik sebanyak 11 kali sejak tahun 2004.
Reza Rahardian setia memerankan sosok Habibie di setiap film tentang Habibie garapan Hanung, sedangkan pemeran tokoh Ainun mengalami pergantian. Jika pada dua film sebelumnya, Bunga Citra Lestari dipercaya memerankan figur Ainun, dalam film ini, Maudy Ayunda dipilih memerankan tokoh Ainun saat muda. Salah satu aktor yang tengah menjadi sorotan di Indonesia juga terlibat dalam film ini, dialah Jefri Nichol. Ia berperan sebagai Ahmad, kekasih Ainun pada saat itu.
Film ini diawali dengan pertemuan antara Bacharuddin Jusuf Habibie dan Hasri Ainun Besari di bangku sekolah (SMA). Habibie, pemuda lugu nan pandai, mulai menaruh perhatian khusus terhadap Ainun, wanita yang ia juluki gula jawa. Sayangnya, kisah mereka terputus sementara karena masing-masing dari mereka fokus mengejar cita-cita.
Film "Habibie & Ainun 3" mengisahkan tentang perjalanan kehidupan yang ditempuh oleh sosok Ainun sejak masa kanak-kanak hingga tumbuh menjadi perempuan dewasa yang membanggakan banyak orang terutama keluarganya. Film ini berfokus pada perjuangan Ainun selama menjadi mahasiswi kedokteran di Universitas Indonesia.Â
Keinginan Ainun menjadi seorang dokter dilatarbelakangi oleh kebaikan hatinya untuk menolong dan bermanfaat bagi banyak orang, seperti sosok ibunya yang merupakan seorang bidan. Selain itu, kisah cinta Ainun dengan seorang lelaki bernama Ahmad juga menjadi fokus perhatian dalam film ini.
Dalam perjalanannya menjadi seorang mahasiswi kedokteran, Ainun mendapat manis pahitnya pengalaman kehidupan. Sisi pahit yang Ainun rasakan ialah saat kemampuannya selalu diragukan oleh berbagai pihak dan diremehkan oleh salah satu mahasiswa senior yang congkak, Agus Sumarhadi (Arya Saloka).Â
Hal ini terjadi karena saat itu perempuan dianggap lebih pantas bekerja di dapur dan diam di rumah daripada menuntut ilmu dan menggapai cita-citanya.Â
Di sisi lain, Ainun merupakan mahasiswi yang sangat dikagumi oleh banyak pria karena kecantikan dan kecerdasannya, bahkan terdapat suatu kelompok mahasiswa bernama PPA (Perkumpulan Penggemar Ainun) di kampusnya.
Hal hebat lain yang diciptakan oleh Ainun adalah ia dapat membuat salah satu dosen yang dikenal sangat tegas dan menerapkan metode belajar yang keras, Profesor Husodo Notosastro (Arswendi Nasution), menjadi sangat mengaguminya.
 Awalnya, menurutnya, ilmu kedokteran tidak cocok untuk perempuan karena perempuan memiliki sifat perasa yang sangat kuat sehingga mereka akan mengalami kesulitan ketika diberi tekanan.Â
Namun, pada akhirnya, dosen yang juga merupakan ayah dari Ahmad itu menyebutkan bahwa ia belajar banyak hal dari Ainun, salah satunya ialah tentang emansipasi wanita.