O terceiro filme da franquia também foi um sucesso financeiro e recebeu várias críticas positivas. David Fincher deveria ter começado a trabalhar nesse filme já em 2002, mas o diretor recusou, alegando estar muito ocupado com outro projeto; no entanto, mais tarde ele acabou explicando sua recusa pelo fato de ter uma visão diferente para o terceiro filme. Se David tivesse aceitado, “Missão Impossível 3” teria sido lançado em 2004. No entanto, nem mesmo a troca de diretor — Joe Carnahan foi convidado para o cargo — acelerou o processo de produção do filme, ainda mais porque Joe deixou o projeto devido a divergências criativas. Então, Tom Cruise chamou J. J. Abrams, e o trabalho na criação do terceiro filme finalmente saiu do “ponto morto”, recebendo “luz verde” apenas em 2005. As filmagens começaram em Roma, em 12 de julho de 2005, depois seguiram para Berlim; em seguida, a equipe de filmagem e os atores foram para a Itália e, depois, viajaram pelos Estados Unidos, passando pela Califórnia, Virgínia e Maryland, e depois voltaram ao Vaticano. Praticamente todas as cenas com os arranha-céus de Xangai foram filmadas em Los Angeles. Na trama, o protagonista Ethan Hunt decidiu se afastar da ativa e aproveita a vida ao lado de sua namorada, Julia. Mas o passado não o deixa em paz e, certo dia, Ethan recebeu de John Musgrave, seu companheiro de armas, um pacote que continha uma gravação. Depois de assistir à gravação, Ethan percebeu que era hora de voltar à ativa para “fazer o bem”, já que a gravação mostrava Lindsey Ferris, que havia sido capturada por pessoas mal-intencionadas que trabalhavam para Devian. Ethan Hunt decidiu ir, para começar, até o local onde a garota havia sido vista pela última vez: Berlim. Ele quase conseguiu salvar sua aluna, mas ela morreu, e Ethan foi acusado por sua morte, já que não se preparou adequadamente para a operação e, com isso, permitiu que ela morresse. Hunt foi afastado da continuação da missão, mas isso não deteve Ethan. Ele decidiu levar o caso até o fim por conta própria e convocou seus antigos companheiros de batalha, com os quais partiu para o santo dos santos — o Vaticano...
