"डूम 3" की कहानी में गेम में आने वाले संवाद और कट दृश्य शामिल हैं, साथ ही पूरे गेम के दौरान ई-मेल, ऑडियो लॉग और विडिओ फाइलें भी मौजूद हैं। 
गेम की शुरुआत में इलियट स्वान और जैक केम्पबेल मंगल शहर में पहुंचते हैं, मुख्य रूप से वे यूएसी के मंगल बेस पर पहुंचते हैं, इसके लिए पृथ्वी के परिवहन साधन का उपयोग करते हैं, खिलाड़ी का अनाम मरीन ठीक उनकी पीछे जा रहा है। 
सुविधा के बारे में शिकायतों और घटनाओं की जांच के पहले हिस्से के रूप में स्वान और केम्पबेल मेल्कोम बेट्रूगर के साथ के सम्मलेन बैठक बुलाते हैं, जबकि मरीन मास्टर सार्जेंट थोमस केली के आदेश के अनुसार चलती है। केली मरीन को डेल्टा लेब के एक वैज्ञानिक को खोजने के निर्देश देता है जो गायब हो गया है। 
मरीन को वैज्ञानिक पास ही की डीकमीशन संचार सुविधा में मिल जाता है, जहां वह बेट्रूगर के टेलीपोर्टेशन प्रयोग के बारे में धरती पर यूएसी को चेतावनी भेजने की जबरदस्त कोशिश कर रहा है। हालांकि, जब वह स्थिति के बारे में मरीन को स्पष्ट करने की कोशिश करता है, एक और टेली पोर्टेशन परीक्षण किया जाता है और नियंत्रण खो दिया जाता है, जिस बिंदु पर पूरा मंगल बेस अप्राकृतिक झटकों से हिल रहा है, बेस के अधिकांश कर्मचारी ज़ोम्बीस में बदल जाते हैं, क्योंकि नर्क के बल टेलीपोर्टर के पोर्टल के माध्यम से आक्रमण करते हैं। 
अब बेस के ज़ोम्बीस में बदल चुके कर्मचारियों और नर्क के डेमन्स के हमले को रोकने के लिए, मरीन मंगल शहर में लौटती है, जहां केली रिमोट से मरीन को दूसरी मरीन के साथ लिंक बनाने के आदेश देता है और कहता है कि मुख्य संचार सुविधा पर कॉल करने के लिए एक संचरण कार्ड प्राप्त करने के लिए कहता है। जैसे जैसे मरीन बेस में होकर आगे बढ़ती है, उसे पता चलता है कि स्वान और केम्पबेल ज़िंदा हैं, वे भी संचार सुविधा की ओर जा रहे हैं ताकि मंगल की स्थिति के अनुसार किसी सन्देश को भेजने से रोका जा सके।

मरीन दस्ते पर डेमन्स के द्वारा हमला किया जाता है, उन्हें मारा जाता है, और यद्यपि मरीन संचरण कार्ड प्राप्त कर लेती है, लेकिन इतनी देर हो जाती है कि संचार सुविधा में उपकरणों को केम्पबेल के द्वारा नष्ट किये जाने से नहीं रोका जा सकता.
केली, हालांकि, मरीन को एक बैकअप सिस्टम का निर्देश देता है, मरीन को आदेश दिया जाता है कि वह या तो केली के आदेश को मान ले या मंगल को अलग रखने के लिए स्वान के तर्क को स्वीकार करे, जब तक आक्रमण की सही प्रकृति को समझ न लिया जाये, ताकि धरती को कोई ख़तरा ना हो। 
संचरण भेजा गया है या नहीं इस आधार पर, मरीन को केली या स्वान के द्वारा डेल्टा लेब जाने के लिए कहा जाता है।

डेल्टा लेब के रास्ते में, मरीन बेट्रूगर से मिलती है, जो अब पृथ्वी पर आक्रमण करने के लिए स्पष्ट रूप से नर्क के सहयोग में कम कर रहा है।
अगर मरीन पृथ्वी पर संकट का कॉल नहीं भेजती, बेट्रूगर खुद ऐसा करता और सम्भवतया जहाज़ों की सहायता से डेमन्स को पृथ्वी पर लाया जाता. इसके बाद बेट्रूगर बेस की पुनः चक्रीकरण सुविधा में विषैली गैसों का उपयोग करते हुए मरीन को मारने का असफल प्रयास करता है। डेल्टा लेब पहुंचने परमरीन टेलीपोर्टेशन प्रयोगों में छुपे विवरण को जान लेती है, साथ ही मंगल की सतह में पुरातात्विक खुदाई, बेट्रूगर का परीक्षणों के प्रति बढ़ता जुनून और नर्क से नमूने प्राप्त करने के अभियानों के बारे में भी इसे पता चलता है। खुदाई में मंगल पर एक प्राचीन सभ्यता के खंडहर मिलते हैं और इससे एक अवशेष बनता है जिसे सॉल क्यूब (Soul Cube) के नाम से जाना जाता है। 
एक वैज्ञानिक के अनुसार मरीन लेब में ज़िंदा पायी जाती है, सॉल क्यूब एक हथियार है जिसे नर्क के बलों से सुरक्षा करने के लिए प्राचीन सभ्यता के द्वारा बनाया गया है। 
वैज्ञानिक यह भी बताता है कि आक्रमण तब शुरू हुआ जब बेट्रूगर ने गेम की शुरुआत में पोर्टल में सॉल क्यूब लिया और इसे नर्क में जमा कर दिया। मरीन लेब के माध्यम से बेट्रूगर को पकड़ लेती है, लेकिन बेट्रूगर को जाल में फंसाए जाने के बाद उसे मुख्य टेलीपोर्टेशन पोर्टल में खींच लिया जाता है।

पोर्टल मरीन को सीधे नर्क में ले जाता है, जहां वह सॉल क्यूब के लिए डेमन्स की बड़ी संख्या के माध्यम से लड़ता है और अपने डेमोनिक अभिभावक को हरा देता है। 
इसके बाद मरीन नर्क में शोध अभियानों के द्वारा छोड़े गए टेलीपोर्टेशन उपकरणों को फिर से शुरू करने में सक्षम हो जाता है और डेल्टा लेब में लौट जाता है। 
बेट्रूगर, हालांकि, मरीन को बताता है कि यद्यपि मुख्य यूएसी टेलीपोर्टर नष्ट हो चुका है, नर्क मंगल पर एक नर्क का द्वार खोल रहा है, जो कई मिलियन डेमन्स को मंगल पर लाने में सक्षम है। 
इसके बाद डेल्टा लेब्स में, मरीन की मुठभेड़ एक घायल स्वान से होती है। 
स्वान मरीन को सूचित करता है कि केली पूरे समय से नर्क के साथ काम कर रहा है और उसे डेमन्स के द्वारा रूपांतरित कर दिया गया है। मरीन को बताते हुए कि केम्पबेल केली के पीछे गया है, स्वान मरीन को अपना पीडीए देता है, जिसमें मंगल की सतह के नीचे नर्क के द्वार की स्थिति की जानकारी होती है और उसे विशवास दिलाता है कि वह अकेले बेस से बहार निकलने का रास्ता ढूंढने की कोशिश करेगा। 
हालांकि, जब मरीन बेस के केन्द्रीय कंप्यूटर प्रोसेसिंग सेक्टर में केम्पबेल के साथ पकड़ में आ जाता है, केम्पबेल बुरी तरह से घायल हो जाता है और मरने से पहले केवल इतना ही कह पाता है कि केली केम्पबेल का बीएफजी 9000 हथियार ले जा चुका है।

इसके बाद केली डेमन की आवाज में मरीन पर ताना कसने लगता है। 
अंत में मरीन से केन्द्रीय कंप्यूटर कोर में केली का सामना हो जाता है, जो केली को एक साइबरनेटिक मानव बताता है जिसे टैंक जैसे आधार पर ग्राफ्ट किया गया है। 
मरीन केली को मरने में सफल हो जाता है और मरीन की सतह के नीचे और गहराई में साईट 3 तक जाने से पहले बीएफजी 9000 ले लेता है, यह वही पुरातात्विक खुदाई है जहां सॉल क्यूब था। 
प्राथमिक खुदाई की साईट पर, मरीन नर्क का द्वार खोज लेता है, जिसकी रक्षा नर्क के शक्तिशाली योद्धा, साइबरडेमन के द्वारा की जा रही है। 
सॉल क्यूब का उपयोग करते हुए, मरीन साइबरडेमन को लड़ाई में हरा देता है और इसके बाद सॉल क्यूब नर्क के द्वार को सील कर देता है। अंतिम कट दृश्य में दिखाया जाता है कि बल नरसंहार की खोज में पृथ्वी से बेस पर पहुंच रहे हैं। 
वे मरीन को जीवित पाते हैं, लेकिन उन्हें पता चलता है कि स्वान मर चुका है। 
वे, हालांकि, बेट्रूगर का पता नहीं लगा पाते, जिसे अंतिम दृश्य में नर्क में दिखाया जाता है, जिसने एक ड्रेगन जैसे डेमन का अवतार ले लिया है।

पात्र
कथानक
निर्माण
आलोचनात्मक स्वागत