En 1998, Alexandre Martinat diffuse les samedis soirs une émission hebdomadaire. Mickael Clavier, Christophe Riffet, Amélie Bouard et Claire Bonnafoux rencontrent Alexandre et se lance dans un projet de réalisation d'une radio 24h/24.^{[réf. nécessaire]}

Fréquence 3 naît le 15 avril 2001 à l’initiative du groupe précédent, sur les bases d’une première webradio nommée Europe 3. Elle fut ensuite renommée Fréquence 3, le premier nom étant déjà déposé. À cette époque, seulement 30 auditeurs peuvent écouter simultanément la radio. Quelques émissions composent la grille des programmes et les premiers événements couverts se déroulent sur Internet.^{[réf. nécessaire]}

En 2002, la radio se développe sur le plan technique avec l’apparition de nouveaux serveurs d’écoute. L'antenne sort de ses studios pour couvrir des événements en extérieur (LANs), et accueille ses premiers invités. L’interactivité est renforcée avec la possibilité pour les auditeurs d’appeler en direct. L’association Fréquence 3, basée en Belgique, est rapatriée en France.^{[réf. nécessaire]}

En 2003, la station diversifie ses invités et les couvertures d’événements (festivals musicaux, LANs, événements Internet…). En 2006, Fréquence 3 a couvert la Gamers Assembly avec 68 heures de direct, les Solidays et les Vieilles Charrues.^{[réf. nécessaire]}

C'est sous son impulsion que le 14 mars 2006 l'association nationale des webradios France Webradios est créée pour une meilleure reconnaissance de leur média.

Fréquence 3 a lancé le 21 juin 2006 un deuxième flux musical, « F3 - Only 90’s »⁴, avec un programme uniquement composé de titres des années 1990.

En octobre 2006, Fréquence 3 obtient une diffusion nationale bien au-delà de sa diffusion via le portail Frequence3.fr au travers du canal 99 proposé sur le service Freebox de Free³.

En janvier 2007, Nicolas Moulin, Secrétaire depuis 2005, remplace Alexandre Martinat au poste de Président de l'association.

Depuis le 15 février 2007, Fréquence 3 assure la diffusion de la radio de l'École supérieure de journalisme de Paris. Appelée « Frequence ESJ »⁵ elle reprend la programmation de sa grande sœur Fréquence 3 en rajoutant de l'info et un univers décalé.

Le 3 mars 2007, l'association déménage ses studios au cœur de l'ESJ de Paris regroupant toutes ses activités dans des locaux plus grands.

Le 2 juillet 2007, Alexandre Martinat démissionne de ses fonctions de directeur d'antenne. C'est Alexis Thiebaut, alors coordinateur d'antenne, qui le remplace à la direction d'antenne⁶.

En janvier 2008, Benjamin Poulin, dans l'association depuis plusieurs années, a été élu au poste de Président de l'Association.^{[réf. nécessaire]}

Le 15 mai 2008, lancement de F3 - Mixarena⁷, la radio électro et E-sports de l'association Fréquence 3, sur les cendres et avec l'équipe de CXRadio.

Le 24 mai 2008, après 7 années d'utilisation, le claim, "Une Rafale de Tubes" devient "Hits On Line". Le logo F3 évolue et se modernise.

Le 6 juillet 2008, Alexis Thiebaut démissionne de ses fonctions de directeur d'antenne. C'est Vincent Tabard et Stéphane Liger qui le remplacent à la direction d'antenne.

Suite à des dissensions dans l'équipe et un rachat avorté, Benjamin Poulin démissionne de ses fonctions de Président le 6 juillet 2009.^{[réf. nécessaire]}

Le 7 septembre 2009, Alexandre Martinat reprend ses fonctions au sein de la webradio en tant que programmateur et animateur en nommant deux responsables antenne et un coordinateur, Nikko et Ludo. Il reprend sa tranche historique, du lundi au jeudi, une émission de dédicaces en direct de 21h à 22h. Une nouvelle équipe, nouveaux animateurs, nouveaux DJ's. Une nouvelle émission fait également son apparition sur la grille antenne juste après Alex le soir, "Le Golden Show" en direct avec Nikko, Blow Coxx et Skills débauchés de C9 Radio. Pour ce renouveau, la webradio lance un nouveau slogan : "The Real Radio" avec comme concept de prendre l'antenne dans plusieurs villes de France.

En avril 2010, durant l'Assemblée Générale, Alexandre Martinat reprend également son poste de Président de l'association après un vote des adhérents.

À la rentrée 2011, Fréquence 3 lance sa nouvelle libre antenne hebdomadaire, "Le Big Show" après l'arrêt du Golden Show. Cette émission est assurée tous les dimanches de 20h à 22h et retrace toute l'actualité de la semaine (news, people, musique, insolites) et reçoit chaque semaine les artistes qui font l'actualité (M. Pokora, Shy'm, Alex Goude, Jean Marc Morandini, Baptiste Giabiconi...) Durant la première saison, le Big Show fut animé par Flo, Memez, Jessie, Tibo et David. À la rentrée 2012, Jessie et David sont remplacés Par Aurélie et Jo.

En avril 2015, Fréquence 3 intègre le Panel+ Web de Yacast et lance pour la toute première fois en France un flux au format FLAC, codec libre de compression audio sans perte⁸.

En 2016, Alex et Ludo recrutent un des animateurs fort de 3 saisons sur l'antenne, Laurent (Low Rent) pour les épauler sur la gestion de l'antenne.

A la fin de l'été 2017, après 9 années à gérer le quotidien de la radio, Ludo quitte ses fonctions de coordinateur général. C'est Laurent qui prend alors le relais, pour assurer une continuité de fonctionnement.^{[réf. nécessaire]}

La saison 2017-2018 de Fréquence 3 se veut être un tournant dans l'offre digitale proposée, avec, entre autres projets, un nouveau site web, de nouvelles applications mobiles, et une interaction accrue avec l'auditeur. À cet instant, la radio compte une équipe musclée de 29 membres bénévoles, dont 11 animateurs et 6 DJ.9