Le jeu a été dévoilé à la presse croate avant d'être officiellement annoncé par Croteam. Serious Sam 3 est donc la suite de la célèbre série à succès basée sur un principe simple : « le bourrinage ».

L'histoire de cet opus se déroule avant le premier titre de la série Serious Sam : The First Encounter. L'humanité affronte des hordes d'aliens emmenées par Mental. Le seul espoir de survie repose sur un seul homme : Sam Stone. Le synopsis nous emmène donc dans une période avancée avant que notre héros ne revienne dans le passé.
Au début de l’aventure, on parcoure un milieu urbain (ou ce qu’il en reste) et ensuite on retrouvera le désert égyptien. La précision n'est pas anodine, car le gameplay diffère selon les lieux visités. Le jeu propose douze niveaux, plus un treizième pour le Boss final. Les cinq premiers niveaux se déroulent en ville et le reste dans le désert.