1990年5月22日，Windows 3.0发布，由于在界面、人性化、内存管理多方面巨大改进，终于获得用户认同。之后微软趁热打铁，于1991年10月发布windows 3.0多语版本，为windows在非英语母语国家推广起到重大作用。
Windows 3.0比Windows2.0有很多改善，不过仍然缺乏多媒体功能和网络功能，推出后不久就被接踵而至的3.1取代。
Windows 3.x具备了模拟32位操作系统的功能，图片显示效果大有长进，对当时最先进的386处理器有良好支持。这个系统还提供了对虚拟设备驱动(VxDs)的支持，极大改善了系统可扩展性，计算机用户再不必在购买Windows3.x时煞费苦心地查证自己的硬件是否可以被系统支持了，因为他完全可以另外安装一个驱动程序。
为了帮助厂商和软件公司开发Windows应用程序，微软发布了Software Development Kit (SDK)，为Windows程序员提供了开发时常用函数和程序调用库，加快了开发速度，但也人为的将程序员与系统硬件资源隔绝。这个惯例一直延续至今。软件公司在这方面，微软想必深谙“与人方便、与己方便”道理，与苹果公司特立独行的风格形成鲜明对照。
Windows 3.x使用了一组新的图标，这让他的面貌得到很大改观，再也不是一幅灰头土脸的样子了。不过这并不是微软独创，而是模仿苹果公司Macintosh设计。