La STR3 est arrivée très en retard dans la saison 2008 et due être supplée par la vieille STR2, mais cette attente a été récompensée. Le châssis de la voiture est certes identique à celui de la Red Bull-Renault RB4, mais elle possède sur sa grande sœur un réel avantage avec le moteur Ferrari, qui développe environ trente chevaux de plus que le V8 Renault. Ce moteur est toutefois très gourmand et réclame un compromis aérodynamique que l’équipe réussit globalement à obtenir. Le directeur technique Giorgio Ascanelli a aussi l’intelligence de ne pas utiliser toutes les améliorations proposées par Red Bull et de ne sélectionner que celles sur lesquelles il est sûr de pouvoir travailler.
Après des débuts laborieux, les grandes améliorations apparues à Magny-Cours permettent à la monoplace de faire des progrès considérables. Ainsi en fin de saison, la Toro Rosso devance les Red Bull et joue régulièrement les points. Le grand moment de la saison est bien évidemment la pôle position puis la victoire décrochées par Sebastian Vettel à Monza. Sébastien Bourdais en revanche, n’a jamais été très à l’aise avec cette voiture, d’où ses résultats médiocres.