任天堂于2011年2月26日率先在日本发售3DS主机，欧洲、澳洲和北美洲在2011年3月下旬推出。3DS掌机有三个摄像头，外面两个可拍3D照片，内侧有一个。上屏为3.5寸 16：9 3D非触摸屏幕，下屏为跟NDS一样的触摸屏。左侧DS的方向键位置变成了圆型摇杆，原本的方向键被放到了下面。 右侧有一个控制3D景深的按键。3DS具备裸眼观看3D画面的功能，任天堂在公布这款新掌机的时候特别强调了这个功能，所谓的裸眼3D功能表示为玩家不需要借助任何其他设备即可欣赏到真实立体的3D画面。在掌上游戏机使用着类似于3D电影技术，就意味着任天堂将会展开一轮新的游戏革命。任天堂3DS有向下兼容功能，可执行任天堂DS和任天堂DSi的软件。 任天堂3DS强调的核心概念是“随身携带、相互交流、每日新体验。”，而口号是“不需要3D眼镜的DS”。另外任天堂3DS的代言人为日本知名男子组合“岚”。