El tercer modelo de teléfono de Apple es el iPhone 3GS, una versión mejorada del iPhone 3G que incluye importantes mejoras de rendimiento, una nueva cámara con mayor resolución y la capacidad de capturar video, control por voz y añade soporte para HSDPA a 7.2 Mbit/s para descargas más rápidas.

El iPhone 3GS que fue presentado el 8 de junio de 2009 en WWDC y lanzado el 20 de junio, mantiene el mismo diseño que el iPhone 3G. Al igual que su predecesor el 3GS tiene un reverso totalmente plástico, un frente con bordes biselados y botones metálicos a los costados. Una de las pocas diferencias visuales es que para el grabado en el reverso se utiliza la misma pintura plateada brillante que en el logo de Apple.

La principal mejora del iPhone 3GS es su rendimiento, que puede llegar en algunos acasos a duplicar a la de los iPhones anteriores. Para lograr esto, Apple eligió un SoC (Sistema en un Chip) compuesto por un CPU ARM Cortex-A8 con una velocidad de reloj de 600 MHz (reducida de 833 MHz para una mejor eficiencia energética) y un GPU PowerVR SGX 535. También se duplicó la memoria RAM de 128MB a 256MB.

Otro cambio importante con respecto al modelo anterior está en la cámara. Este iPhone tiene una cámara posterior de 3,2 megapíxeles que además es la primer cámara de un iPhone que puede capturar videos, y lo hace en resolución VGA.

Junto con el iPhone 3GS se introduce la función de control por voz, que permite controlar el teléfono y la reproducción de música mediante comandos de voz. Este también es el primer modelo de iPhone en contar con características de accesibilidad avanzadas como VoiceOver, Inversión de Color y Zoom de texto. Además en el iPhone 3GS se añade un compás digital y la correspondiente app de Brújula que muestra la dirección del campo magnético terrestre.

Con el iPhone 3GS Apple inicialmente duplica la cantidad de memoria interna ofrecida a 16GB y 32GB, sin embargo luego del lanzamiento de su sucesor, el iPhone 4, se ofrece una versión con 8GB y se discontinúan los modelos de mayor capacidad.