L'Aston Martin DB3S est une voiture de course sportive construite par Aston Martin. Après l'échec de l'Aston Martin DB3 - lourde et peu compétitive, conçue par Eberan Eberhorst - William Watson, employé comme assistant d'Eberhorst, a présenté une conception alternative à John Wyer, le directeur des compétitions d'Aston Martin. Au total, 31 voitures furent fabriquées, dont 11 d'usines et 20 voitures vendues à des clients.
La DB3S fut lancée en 1953 et a connu un succès bien plus important que l'Aston Martin DB3. Bien que les DB3S ait échoué au Mans, elle remportèrent le Tourist Trophy de Dundrod par un doublé, lors de la 6e manche du premier championnat du monde de voitures de sport. Ce résultat allait aider Aston Martin à se hisser à la 3e place du championnat. Une victoire notoire fut également remportée aux 9 heures de Goodwood, une épreuve hors championnat.
Peu après avoir acquis la société en 1948, le propriétaire d'Aston Martin, David Brown, s'était fixé pour objectif de remporter les 24 heures du Mans. À cette fin, il engagea l'ancien designer d'Auto Union, Eberan von Eberhorst. La première voiture de compétition Aston Martin spécialement conçue à cet effet, la DB3, fut prête à l'automne 1951. Elle fut utilisée pendant toute la saison 1952 mais, hormis quelques coups d'éclats, elle ne se montra pas assez compétitive.
L'un des autres ingénieurs d'Aston Martin, A.G. "William" Watson, avait bien compris les faiblesses de la conception de la DB3. Pour concevoir rapidement une autre auto, Watson se tourna directement vers le directeur du département compétition d'Aston Martin, John Wyer, afin de convaincre David Brown de mettre de côté le travail de son concepteur en chef, très apprécié et très expérimenté. Watson fut entendu et la première DB3S fut prête pour sa première course en mai 1953.
Bien que de conception similaire, la DB3S présentait une version plus compacte du châssis tubulaire. La suspension était assurée par des bielles traînantes à l'avant, tandis que l'arrière était équipé d'un essieu DeDion. Le moteur à six cylindres en ligne de la DB3 était alésé pour augmenter la cylindrée à un peu moins de trois litres. Equipé de trois carburateurs Weber à double starter, le moteur développait désormais 182 ch. À la fin de la carrière de la DB3S, une version à double allumage du moteur produisait jusqu'à 225 ch.
La DB3S fut habillée d'une toute nouvelle carrosserie en aluminium dessinée par le styliste interne Frank Feeley, qui fut également responsable des lignes de la DB2. Les lignes sveltes de Feeley s'éloignaient beaucoup du design de la DB3 à flanc droit. La DB3S présentait une version raffinée de la calandre ovale bosselée, tandis que les creux des passages de roues avant précédaient de quelques années la Ferrari 250 TR. La DB3S, plus légère et plus souple, remporta une victoire dès ses débuts à Charterhall en mai 1953 entre les mains de Reg Parnell. La sortie suivante eut lieu au Mans, où les deux exemplaires furent contraints à l'abandon, respectivement à cause de dommages causés par un accident et d'une panne d'allumage. Ce fut un rare échec pour la DB3S en 1953, puisqu'elle remporta également le Tourist Trophy, les Goodwood Nine Hours et le British Empire Trophy.
En vue de la 1954, la DB3S fut davantage développée. Un gros travail fut effectué pour concevoir une carrosserie aérodynamique à faible traînée, développé en soufflerie pour les 24 Heures du Mans. Le prototype fut également pourvu de freins à disque à l'avant et d'un compresseur. En plus de ces modifications, un moteur V12 Lagonda fut parallèlement développé. Toutefois, malgré ces efforts, la saison 1954 fut une grande déception.
Malgré les problèmes rencontrés en 1954, la demande des équipes privées pour obtenir une DB3S était forte. La construction de DB3S "privées" fut annoncée à la fin de l'année et les livraisons commencèrent dès le début de l'année 1955. Facilement identifiables par leur numéro de châssis à trois chiffres, les voitures des clients étaient équipées d'un moteur plus simple, à allumage simple monté avec des triples carburateurs Solex. Sur les 20 exemplaires destinés aux privés, trois furent équipées de carrosseries de coupé (Fixed Head Coupe). Les voitures de l'usine ont continuellement été développées. Pour la saison 1955, elles furent pourvues d'une nouvelle carrosserie. Les DB3S retrouvèrent une forme étincelante cette année-là. Aston Martin signa une très belle seconde place aux 24 Heures du Mans, synonyme de victoire de classe. Cet exploit fut répété l'année suivante.
La DB3S devra laisser sa place à la toute nouvelle DBR1 en 1957.
Avec de nombreuses victoires (au général comme en classe), la DB3S demeure comme l'une des voitures les plus performantes et les populaires des années 50. La côte d'un exemplaire de ce fabuleux modèle excède aujourd'hui les 5 millions de dollars.