Hertug Frederik 3. af Gottorp (22. december 1597 – 10. august 1659) var fra 1616 til 1659 hertug i de gottorpske dele af hertugdømmerne Slesvig og Holsten. Han var søn af hertug Johan Adolf af Slesvig-Holsten-Gottorp.
Hertug Frederik 3. var interesseret i kunst og videnskab. Han engagerede maleren Jürgen Ovens fra Tønning, som blev mester for malerier af den gottorpske hertugfamilie og den danske kongefamilie. Under ledelse af akademikeren Adam Olearius blev der opbygget et kunstkammer og slotsbiblioteket blev udbygget. I årene 1655 – 57 konstrueredes den gottorpske kæmpeglobus, som fandt plads i den nyanlagte barokke slotshave. Hertughoffet blev et centrum for kunst og kultur.
I 1621 grundlagde han efter Lykstads forbillede Frederiksstad ved Ejdermundingen. I 1625 gik medhertugen kong Christian 4. ind i Trediveårskrigen. Frederik 3. var forpligtet til at deltage på kongens side. Efter kongens og medhertugens nederlag tegnede der sig et voksende modsætningsforhold mellem de to hertuger. Gottorperne tog Sveriges parti i de dansk-svenske konflikter og vandt for en kort tid suverænitet over de gottorpske dele af Hertugdømmet Slesvig, som egentlig var et dansk len. Hertugdømmet Holsten forblev som tysk len