Самолет использовался более чем в 50 странах не только в мирном небе, но и в боевых условиях. Например, он применялся в Венгрии в 1956 году, в Лаосе в 1960–1962 и 1972–1975 годах, во Вьетнаме в 1963–1973 годах, в Кампучии в 1970 и 1979 годах, в Афганистане в 1980–1989 годах, в Никарагуа в 80-х годах, в Югославии в начале 1990-х годов, в Нагорном Карабахе (армянами и азербайджанцами), в первую Чеченскую войну. В 1960-х годах, во время инцидентов на советско-китайской границе, экипажи Ан-2 обрабатывали толпы хунвейбинов слезоточивыми аэрозолями.

Когда в конце 1991 года начались столкновения подразделений федеральной армии Югославии с вооруженными формированиями не признанной тогда Хорватии, последние в боях применили несколько сельскохозяйственных Ан-2. Самолеты использовались в основном в светлое время суток для атак наземных целей самодельными авиабомбами, что напоминало тактику боевых действий авиации начала прошлого века. В зарубежных средствах массовой информации сообщалось и о ночных бомбардировках Ан-2, оснащенных приемниками навигационной системы NAVSTAR, в районе г. Вуковар. Как и следовало ожидать, эффективность «бомбардировщиков» Ан-2 была крайне низкой.

К середине 2006 года в ВВС Вьетнама находились два Ан-2. В октябре 2007 года поступило сообщение из КНДР о прекращении эксплуатации Ан-2. Причина — высокая стоимость бензина. В Северной Корее до сих пор находится около 300 Ан-2. Много «Анов» осталось в странах СНГ, где тоже случаются аварийные ситуации. Так, в августе 2007 года в Чуйской области Киргизии после экстренной посадки сгорел самолет Ан-2 сельхозавиации; правда, никто не пострадал. Через год в мае в Краснопольском районе Сумской области потерпел катастрофу украинский Ан-2.

До конца 1995 года заводы Советского Союза, России и Польши сдали заказчикам 15 082 самолета. Всего же заводские цеха трех стран покинули свыше 16 182 машин различных модификаций «архаичного биплана». Несмотря на солидный возраст, по мнению специалистов авиакомпаний, эксплуатирующих Ан-2, это единственный сегодня самолет, который не имеет ограничений по сроку эксплуатации.

Идея замены на Ан-2 поршневого двигателя турбовинтовым появилась в конце 1950-х годов, но препятствием на этом пути было отсутствие ТВД требуемой мощности. Более активно эту задачу стали решать в середине 1960-х годов, когда появился малоразмерный двигатель ТВД-10, но и его мощности для будущего Ан-3 не хватало. Разработкой малоразмерных турбовинтовых двигателей в те годы занимались в Омском моторостроительном КБ. Ситуация изменилась в 1970-е годы, когда двигатель ТВД-10 был модифицирован в 1430-сильный ТВД-20. Рассматривались и другие варианты силовой установки, поскольку жизнь настоятельно требовала самолет Ан-3. Тем более что к тому времени в стране резко из-за массового списания в ВВС и гражданской авиации самолетов Ил-14 с поршневыми двигателями сократилось и производство авиационного бензина, а руководство Министерства авиационной промышленности отстаивало сельскохозяйственный самолет М-15 с реактивным двигателем.

Созданию Ан-3 предшествовали летные исследования, проводившиеся на Ан-2. Первый прототип Ан-3, унаследовавший лучшие качества Ан-2, в сельскохозяйственном варианте, оснащенный турбовинтовым двигателем ТВД-20, взлетел 13 мая 1980 года, пилотируемый летчиком-испытателем ОКБ С.А. Горбиком, но он так и остался в единственном экземпляре. С тех пор прошло пять лет, и, казалось, о машине забыли. Но 12 декабря

1985 года летчик-испытатель ОКБ В.Г. Лысенко установил на Ан-3 в двух полетах три мировых рекорда, подняв в воздух груз 2583 кг при взлетном весе машины 6200 кг. В следующий раз летчик-испытатель С.А. Горбик перекрыл эти достижения, подняв груз 2375 кг при взлетном весе машины 5800 кг. Однако и это не повлияло на позицию руководства МАПа, по-прежнему мечтавшего о современном сельскохозяйственном самолете с турбореактивным двигателем. Лишь весной 1986 года ГосНИИ ГА принял Ан-3 на государственные испытания, проходившие в два этапа и завершившиеся летом 1989 года. Самолет прошел всесторонние испытания в Крыму и Краснодарском крае. Они показали, что новый самолет в полтора раза эффективнее предшественника. Это оказалось неожиданным для руководства Минавиапрома, поскольку Ан-3 соответствовал всем требованиям, предъявляемым к сельскохозяйственному самолету. Однако и на этот раз нашли повод обойти стороной машину.

Ситуация изменилась в 1993 году, когда омские и киевские самолетостроители реанимировали проект Ан-3. Правда, к тому времени интерес к сельскохозяйственному самолету угас, чему способствовали распад Советского Союза и экономический кризис вновь образованных государств. Тогда и предложили грузо-пассажирский вариант Ан-ЗТ, доработанный в соответствии с требованиями времени. Самолет, ставший базовым вариантом целого семейства, был рассчитан на перевозку 1800 кг груза и четырех пассажиров, для чего в его «салоне» имеется два двухместных блока мягких кресел.

Решение о серийном производстве Ан-ЗТ приняли в 1997 году. В августе того же года реанимированный самолет продемонстрировали на Московском авиационно-космическом салоне МАКС-97. Первый Ан-ЗТ, переделанный в Омске, поднялся в воздух 19 февраля 1998 года. Пилотировал самолет С.М. Цивак — летчик-испытатель АНТК им. O.K. Антонова.

В 2002 году Ан-ЗТ выдержал испытания в Антарктиде.

Кроме новой силовой установки с титановой противопожарной перегородкой, существенной доработке подвергли планер, в частности, усилили шпангоуты от третьего до восьмого, а между пятым и шестым шпангоутами фюзеляжа появилась вставка с дополнительным силовым шпангоутом 5А, предназначенным для крепления основных опор шасси.

По левому борту сделали входную дверь для пилотов с подножкой и поручнем, а на противоположном борту, между 11 и 12 шпангоутами, — аварийный выход. Одновременно изменили фонарь и компоновку кабины пилотов.

Коробка крыльев сохранилась, как и у Ан-2, но усилили верхнюю панель центроплана, а несущие поверхности обшиты уже не перкалью, а синтетической тканью, которая по прочности и долговечности превосходит натуральную в полтора-два раза.

Изменили форму вертикального оперения (на самолете образца 1980 года сохранили вертикальное оперение Ан-2) с новым рулем поворота, снабженным декомпенсатором.

Тросовую проводку управления самолетом заменили жесткими тягами. Были и другие, более мелкие, но не бросающиеся в глаза новинки.

В настоящее время рассматривается вопрос о замене двигателя на самолете Ан-3 более экономичным ТВД ВК-150 °C.

На АНТК им. O.K. Антонова разработаны также варианты транспортно-пассажирского самолета Ан-ЗТК, в салоне которого устанавливаются складывающиеся и откидывающиеся к бортам кресла на десять пассажиров, Ан-ЗСХ — для обработки сельскохозяйственных угодий, десантно-транспортного и лесопатрульного Ан-ЗП, способного перевозить до 12 парашютистов, и AH-3VIP — для особо важных персон с салоном повышенного комфорта.

В результате модернизации коммерческая нагрузка Ан-3 по сравнению с Ан-2 возросла в 1,2, скорость — в 1,3, а скороподъемность — в 1,8 раза. Снизился уровень шума в кабине экипажа. Производительность самолета увеличилась в 1,5 раза при меньшей стоимости топлива.

Авиационный регистр Межгосударственного авиационного комитета выдал 31 августа 2000 года на самолет Ан-ЗТ сертификат типа, а 4 июня и 22 ноября 2001 года — дополнения к нему на варианты с лыжами и сельскохозяйственный соответственно.

Переделке в вариант Ан-3 подвергаются самолеты Ан-2 с остаточным ресурсом не менее 50 процентов в Омске на производственном объединении «Полет». Несмотря на то что Ан-3 сдаются заказчику с вновь назначенными ресурсами (20 000 летных часов), выпуск Ан-3 пока не носит массового характера. К концу 2006 года предприятие выпустило чуть больше 20 машин этого типа. Одной из причин этого является ограничение на перевозку пассажиров (не более 9 человек) в соответствии с сертификатом летной годности машины, что невыгодно авиакомпаниям, хотя в 1980 году самолет предполагалось выпускать в 12-местном варианте.