Sebagai film ketiga dari serial film "Habibie & Ainun", film ini berkisah tentang Ainun muda. Dua film sebelumnya, "Habibie & Ainun" (2012) berkisah mengenai suka duka pasangan Habibie-Ainun berdasar buku "Habibie dan Ainun", dan film "Rudy Habibie" atau "Habibie & Ainun 2" (2016) mengisahkan Habibie muda yang diangkat dari novel karya Gina S. Noer berjudul "Rudy: Kisah Masa Muda Sang Visioner".
Tahun ini, film "Habibie & Ainun 3" mencoba memotret kisah Ainun (Maudy Ayunda) muda sebagai remaja sekaligus siswa SMA yang cerdas dan menjadi incaran siswa-siswa di sekolahnya, karena manis parasnya. Termasuk Habibie (Reza Rahadian) muda sudah mulai tertarik pada Ainun.
Lulus dari SMA, Ainun melanjutkan kuliah di fakultas kedokteran Universitas Indonesia, Ainun kembali menjadi bintang di kampusnya. Meski semula dianggap berat saat memutuskan kuliah di Kedokteran, Ainun berhasil menunjukkan sikap tegas dan gigih belajar sehingga lambat laun menjadi mahasiswi populer di kampus. Bully-an dari mahasiswa senior dan dosen yang meremehkan dirinya berhasil dilewati dengan sabar oleh Ainun.
Salah satu pemuda tampan dari keluarga terpandang dan teman satu kampus yang selalu membela Ainun dan akhirnya berani menyatakan cintanya adalah Ahmad (Jefri Nichol). Namun Ainun rupanya lebih tertarik pada Habibie sehingga menolak pernyataan cinta dari Ahmad.
Mengapa Ainun akhirnya melabuhkan biduk cintanya kepada Habibie ? Temukan jawabannya di akhir film ini.
Film ini memiliki lagu tema (original sound track) berjudul "Kamu dan Kenangan" yang dibawakan oleh Maudy Ayunda dan merupakan lagu ciptaan Melky Goeslaw. Film ini juga melibatkan peran aktif Habibie sebelum wafat 11 September 2019 di Jakarta.
Meski Ainun sudah wafat, Habibie tetap menyatakan cintanya terhadap Ainun, seperti pernyataannya "Saya tidak pernah merasa dia meninggalkan saya, tapi dia selalu berada dalam hati saya."
Ainun memiliki nama lengkap Hasri Ainun, kelahiran Semarang 11 Agustus 1937 dan wafat di Munchen pada 22 Mei 2010 dalam usia 72 tahun. Sempat menjadi Ibu Negara Indonesia pada periode 1998-1999. Puteri ke empat dari delapan bersaudara dari pasutri R. Mohamad Besari dan Sadarmi Besari.