2009年のタイトル発表以来再三延期がされましたが、2013年04月のNintendo Directにて2013年07月13日発売であることが明らかにされました。

今回はコッパイ星から調査隊としてやってきた三人のチームを操作することになります。
本編では『ピクミン2』と同じように三人の操作を切り替えながらプレイすることができる他、
今作からはプレイヤー同士投げ合うことで段差に登って探索することができたり、
待機中のキャラクターを『GPAD』を使って誘導することで、移動させたい場所に自動で動かすことができるようになりました。
なお、本編のマルチプレイには非対応です。

『ピクミン3』の主人公たちは、絶滅の危機に瀕している故郷を救うために、さまざまなフルーツの種を持ち帰ることが使命。
ピクミンを操ってステージのそこかしこにあるフルーツを運ぶのが主な目的になります。
このフルーツから採れるジュースは探査中の食料源にもなっており、ジュースが尽きてしまうとそこで探査終了となってしまいます。

今作は多種多様な操作方法が用意されています。

Proコントローラー	NGC版ピクミンシリーズを遊んだ人向けのスタンダードな操作方法。
Wiiリモコン+ヌンチャク	Wiiであそぶピクミンシリーズを遊んだ人向け。カーソルを直感的に動かすことができます。
Wii U GamePad	マップ画面を手元に置きながらプレイできるスタイル。GPADの操作も素早くできます。

『ピクミン3』ではWii U GamePadをテレビ画面に見立てることで、テレビを使わずにプレイすることも可能です。
Wii U GamePad単独でのプレイも可能ということになりますが、この場合はリアルタイムでゲーム画面とマップ画面を同時に見る事はできません。
また、Wiiリモコン+ヌンチャクスタイルでもこの方法を使うことはできるとのこと。

今作のチャレンジモードは、マップ上に散らばったお宝を制限時間内にどれだけ集められるかという『ピクミン2』のチャレンジモードの地上版とも言うべき内容になっています。
お宝だけでなく、ピクミンもあらかじめマップ上のあらゆる場所に埋まっていたりするので、ピクミンをかき集めつつ効率を追求することになります。
画面左上にはスコアゲージが表示され、ノルマを達成すると金銀銅のメダルを貰う事ができるようです。
E3 2012のプレイアブル出展ではボスバトルなるものもありましたが、製品版でこれが実装されるかは不明。

今作初登場の「岩ピクミン」は、投げると水晶のようになっている壁や山を壊す能力を持っています。
これを使って他ピクミンが叩いても壊せない壁を壊したり、水晶の鎧をまとっている原生生物に対抗することができます。
その代わり他のピクミンと違って原生生物に張り付いて攻撃するといった事はできません。

同じく今作初登場の「羽ピクミン」は、常に飛んで移動するため水や高台を飛び越えてフルーツなどを運ぶことができます。
岩ピクミンと同様に羽ピクミンでしか突破できないギミックがあるものと予想されますが、現時点ではまだ明らかになっていません。

赤・黄・青・紫・白ピクミンが登場することが確認済みですが、それぞれの性能が『ピクミン2』からどう変わったかは現時点では不明です。
今作ではオニヨンが改良されており、マップ中にひとつしかないようです。
このことから、複数色のピクミンが共通のオニヨンを使うようになったと予想されますが、詳細は不明。
また日数選択画面(後述)ではピクミンの数を表示する枠が五色分しか用意されておらず、
紫・白ピクミンは登場するものの前作で言うところのコッパチャッピーのような特別なポジションに収まる可能性があります。

『ピクミン3』では、プレイ中に大量の犠牲や時間の浪費などが起こってしまいやり直したくなった場合、
その日の最初からやり直すことができるだけでなく、探査初日まで遡って好きな日数からやり直すことができるようになりました。
これによってプレイしながら発見した新たなルートなどを研究しつつ進めることができるようになっています。
また、一日の終わりにはGPADのマップ画面上で一日をどのように探索したかが分かるリプレイを見ることができるようになりました。