Da arbejdsmændene fra slutningen af 1890’erne krævede ret til at organisere sig, forhandle overenskomster og da de siden forenede kræfterne i De samvirkende Fagforbund i 1898, førte det kort efter til styrkeprøven med arbejdsgiverne under storkonflikten 1899. Det endte med Septemberforliget – den senere Hovedaftale, der op til i dag udgør arbejdsmarkedets ”grundlov” i Danmark.
Forbundet var kun for mænd. Kvinder havde ingen adgang. Mændene frygtede, at kvinderne ville virke som løntrykkere, hvis de kom med i forbundet og fik adgang til mændenes arbejdsområder. Kvinderne lod sig dog ikke kue af udelukkelsen. De oprettede deres egne fagforeninger rundt omkring i landet, som i 1901 blev organiseret i ét samlet fællesforbund for ufaglærte kvinder. Forbundet fik navnet Kvindeligt Arbejderforbund, KAD. På trods af DAF’s forbud mod at optage kvinder, var der dog undtagelser. Hvis en kvinde fik arbejde på en arbejdsplads, som havde overenskomst med DAF, tog forbundets hovedbestyrelse stilling til om hun kunne blive medlem. Efterhånden som flere og flere kvinder bevægede sig ind på arbejdsmarkedet også på de mandsdominerede områder, kunne afvisningen af kvindelige medlemmer ikke opretholdes. Derfor åbnede kongressen i 1971 døren for kvindernes adgang til SiD. Mændene fik aldrig adgang til Kvindeligt Arbejderforbund.
Forbundet blev et blandet ufaglært og faglært forbund, men fastholdt sit fokus på forholdene for de nederste og mest marginaliserede grupper på arbejdsmarkedet. KAD og SiD blev kendt for skarpe politiske udmeldinger og profiler med baggrund bl.a. i ligestillingskampen og forsvaret af de ringest stilledes interesser. På hver sin måde påtog de sig en bredere politiske rolle.
Udnævnelsen af SiD-formanden Anker Jørgensen til Danmarks statsminister (og formand for Socialdemokratiet) i 1972 markerede en kulmination på denne rolle, som også fik markant indflydelse på udviklingen af det danske velfærdssamfund. Op igennem 1990’erne nærmede de to forbund sig hinanden, og et faldende medlemstal og nye udfordringer for fagbevægelsen førte til fusionsforhandlinger. I 2004 besluttede de at gennemføre fusionen ved en urafstemning blandt medlemmerne. SiD bragte knap 313.000 og KAD ca. 74.000 medlemmer med over i 3F.
1. juli 2006 voksede forbundet med 20.000 nye medlemmer da Restaurations Branchens Forbund, RBF, blev optaget i 3F. To tredjedele af de tidligere RBF-medlemmer var under 30 år, 64 procent var kvinder og der var både faglærte og ufaglærte og de fordoblede den private servicegruppe i 3F medlemsmæssigt. I 2010 blev TIB (Træ, Industri og Byg) optaget i 3F, hvilket betød at snedkere, tømrere og træindustriarbejdere blev medlemmer af 3F.
Forbundet nåede op på 367.000 medlemmer, men en fortsat medlemsnedgang betyder at der i dag er knap 262.000 medlemmer. 3F har gennem årene optaget et voksende antal medlemmer med anden etnisk baggrund end dansk. Andelen var i 2021 nået op på 48.000 medlemmer med baggrund i 169 forskellige lande. Det afspejler en internationalisering af arbejdsmarkedet og af forbundet. 3F betoner i stigende grad mangfoldigheden som indbygget i lighedsbegrebet.