SMA Negeri 3 Madiun yang lahir pada tanggal 1 Agustus 1966, merupakan cikal bakal berdirinya SMA Negeri 3 Taruna Angkasa Madiun.

Dengan Kepala Sekolah pertama, Bapak R. MARSIDI WIRJOPRANOTO SMA Negeri 3 Madiun menempati gedung sekolah di Jl. H. Agus Salim No. 39 Kota Madiun.

Pada tahun 1968

SMA Negeri 3 Madiun dipimpin oleh Bapak SLAMET BUDIARTO, BA dan menempati gedung di JL. H. Agus Salim dan gedung Taman Dewasa di JL. Kalimantan.

Pada tahun 1976 pucuk pimpinan SMA Negeri 3 Madiun digantikan oleh Bapak PRIBADIO, BA. Di era ini gedung laboratorium fisika dan kimia mulai dibangun dan siswanya terpilih menjadi pelajar teladan tingkat Kota, tingkat propinsi maupun tingkat Nasional.

Pada masa kepemimpinan Bapak SENARJO, SMA Negeri 3 Madiun menempati dua lokasi yaitu di JL. H. Agus Salim dan Jl. Suhud Nosingo. Beliau menjadi Kepala SMA Negeri 3 Madiun sejak 8 Januari 1981. Pada masa ini pembangunan terus berjalan dengan penambahan Laboratorium Biologi, Laboratorium Bahasa, Mushola, sarana olahraga, sanggar PKG untuk pelatihan guru-guru IPA, Matematika, dan Bahasa Inggris.

Sejak 10 Maret 1987, Bapak SOEDIRMAN memimpin SMA Negeri 3 Madiun. Dibawah kepemimpinan beliau, sarana dan prasarana semakin bertambah diantaranya penambahan peralatan komputer.

Pada 24 Agustus 1992 terjadi serah terima kepala sekolah dari bapak SOEDIRMAN kepada Bapak FX. SULUH SUJUDI.

Dibawah kepemimpinan beliau sarana danprasarana semakin lengkap dengan adanya penambahan ruang kopsis, peralatan musik serta peningkatan disiplin guru, karyawan, dan juga siswa.

Pada tanggal 27 Oktober 1995 terjadi perubahan pimpinan dari Bapak FX. SULUH SUJUDI kepada Bapak Drs. AHMAD PARLAN MULYONO, M.M. Pada masa ini SMA Negeri 3 Madiun dipercaya untuk mengelola SMA Negeri 6 Madiun yang menempati gedung Jl. H. Agus Salim Madiun.

Bapak SOEJOTO, B.A memimpin SMA Negeri 3 Madiun sejak 3 Oktober 1998. Dibawah kepimimpinan beliau prestasi semakin bertambah diantaranya terpilihnya guru dan siswa teladan serta juara 1 lomba perpustakaan tingkat Kodya Madiun.

Sejak 2 Mei 2000 Bapak Drs. DOLAR YUWONO, M. Pd menjadi kepala SMA Negeri 3 Madiun.

Dibawah kepemimpinan beliau SMA Negeri 3 Madiun menerapkan metode pengajaran:

QUANTUM TEACHING

QUANTUM LEARNING

Pada Tahun Pelajaran 2003/2004 SMA Negeri 3 Madiun menjadi Sekolah Model dan berhasil mengantarkan siswanya menjadi perwakilan Indonesia ke jepang dan kemudian pada tahun pelajaran 2006/2007 berhasil mengantarkan siswanya lolos pertukaran pelajar ke Amerika melalui program YES (Youth Exchangeand Study) dan menjadi tradisi ditahun tahun berikutnya. Dan sejak tahun pelajaran 2005/2006 SMA Negeri 3 Madiun dipercaya Dirjen Dikdasmen jakarta untuk menjadi merintis SNBI (Sekolah Nasional Bertaraf Internasional) yang kemudian dikenal dengan SMA RSBI ( SMA Rintisan Sekolah Bertaraf Internasional).

Pada tahun 2006 SMA Negeri 3 Madiun di pimpin oleh Bapak Drs. SETYONO. Pada kepemimpinan Bapak Drs. SETYONO SMA Negeri 3 Madiun menempati gedung baru di JL. Ring Road Kota Madiun sejak 5 Juli 2007 .

Pada 1 januari 2010 pucuk pimpinan SMA Negeri 3 Madiun diserahkan kepada Ibu Dra. AIDA RUSMILATI, M. Pd.

Beliau melanjutkan pengelolaan sekolah SMA Berbasis Internasional dan mendapatkan penghargaan sebagai sekolah Adiwiyata Tingkat Kota, Propinsi, dan Nasional. Pada masa ini beberapa guru mendapatkan beasiswa S2 dan dikirim untuk belajar di berbagai negara. Australia, China, Philippina, dan Thailand.

Pada masa ini pula satu siswa lolos OSN nasional bidang astronomi.

Pada tanggal 1 Januari 2014 terjadi serah terima kepemimpinan dari Ibu AIDA RUSMILATI kepada Bapak Drs. DIDIK WAHYU WIDAYAT,M.Si. Dibawah kepemimpinan beliau SMA Negeri 3 Madiun mendapatkan penghargaan Sekolah Adiwiyata Mandiri (penghargaan tertinggi Adiwiyata), juara Lomba Lingkungan Sekolah Sehat Tingkat Nasional, serta ditunjuk oleh Dinas Pendidikan Privinsi jawa Timur untuk menjadi Sekolah Taruna yang bekerjasama dengan TNI Angkatan Udara. Sehingga pada tahun 2018 SMA Negeri 3 Madiun berubah menjadi SMAN 3 Taruna Angkasa Madiun dan diresmikan oleh Bapak Gubernur Dr. H. Sukarwo.

Sejak Mei 2020 pucuk pimpinan SMAN 3 Taruna Angkasa Madiun diserahkan kepada Bapak Drs. YAYUK NURYANTO, M. Pd. Pada tahun 2021 terdapat enam taruna yang lolos Akademi Angkatan Udara dan satu taruna lolos Akademi Militer Magelang.

Pada tahun yang sama telah dibangun asrama baru untuk taruna dengan kapasitas 100 orang. Dan sampai hari ini SMAN 3 Taruna Angkasa Madiun tetap melanjutkan tradisi prestasi untuk menjadi taruna unggul. Pada tahun 2022 memperoleh Innovative Government Award (IGA) dalam hal manajemen terintegrasi siMustang.

ejak Oktober 2023 sampai dengan hari ini pucuk pimpinan SMAN 3 Taruna Angkasa Jawa Timur diserahkan kepada Bapak AGUS SUPRIYONO, M.Pd. Dibawah kepemimpinannya, SMAN 3 Taruna Angkasa Jawa Timur telah berhasil meraih prestasi dan penghargaan tingkat nasional dan international.

• Pada tahun 2024 satu taruna lolos OSN Nasional bidang Geografi dan mendapatkan medali perunggu.
• Marching Band Gita Taruna Angkasa mendapatkan Bronze, Silver, dan The Best Pianica Band dalam ajang Malaysia International Marching Art Championship (MIMAC).
• Satu taruna memperoleh juara berbicara bahasa Korea oleh The Embassy of The Republic of Korea Korean Culture Center Indonesia Kim Sejong Institute dan diterima di Sastra Korea UGM.
• Satu siswa diterima di 4 Kampus Luar Negeri.
• Dan sampai saat ini taruna-taruna SMAN 3 Taruna Angkasa lolos Taruna Akmil, Universitas Pertahanan dan Perguruan Tinggi Negeri.
• Pada tahun 2025 Masjid Baitus Solihin mengalami renovasi yang dapat menampung sekitar 800 Taruna.
• SMAN 3 Taruna Angkasa dinobatkan sebagai Best Collaboration oleh Jawa Pos Radar Madiun Award 2025
• Dan mendapatkan penghargaan Innovative Government Award (IGA) dalam hal Penguatan Pendidikan Budaya Sekolah Berbasis Kerdirgantaraan.