A Activision confirmou que o título estava em pré-produção em 9 de abril de 2010 e foi lançado em 8 de novembro de 2011. Jogos de Sledgehammer, originalmente planejando trabalhar na ação cancelada Call of Duty, trabalhou com a Infinity Ward para completar todos os aspectos da chamada De serviço: Modern Warfare 3. O software Raven ajudou na interface do usuário e no conteúdo para download, como eles tinham com os jogos anteriores de Call of Duty. Treyarch também ajudou no multiplayer, projetando as obras de arte de armas e desenvolvendo o modo de sobrevivência. Treyarch também desenvolveu a versão Wii da Modern Warfare 3. Neversoft Assistied Infinity Ward com a campanha e trabalhou no modo Special Ops Chaos. O conteúdo para download foi lançado uma vez por mês durante um período de nove meses. Era gratuito para usuários da Call of Duty Elite se tivessem a versão premium do serviço. Sledgehammer estava buscando um título de Call of Duty sem insetos e classificações acima de 95%.
Call of Duty: Modern Warfare 3 usa um motor IW 4. 0 atualizado, apelidado de “MW3 Engine” em vez de “IW 5.0” por cortesia para jogos de margehammer.
Quando uma quantidade enorme de informações vazadas foi revelada pelo site de notícias para jogos Kotaku em 13 de maio de 2011, Robert Bowling respondeu em um tweet afirmando: “Muito hype e muitas informações vazadas sobre #MW3, outras ainda precisas, outras não. Para evitar estragar a experiência, eu esperaria pela revelação real. “Mais tarde naquele dia, quatro trailers de Call of Duty: Modern Warfare 3 foram divulgados no canal oficial do YouTube do Call of Duty. Cada um revelou um local diferente: Nova York, Londres, Paris e Berlim.
O trailer de revelação completo foi lançado em 23 de maio de 2011. O trailer vazou quase duas horas antes do horário do ar programado, levando a Activision para liberar oficialmente o trailer de revelação mais cedo do que o planejado. A revelação apresentou sequências de combate em todos os quatro locais confirmados anteriormente.
O trailer de um jogador, Redemption, foi lançado em 7 de outubro de 2011, revelando bits da história da campanha, incluindo o retorno do capitão Price enquanto ele continua sua caçada a Makarov.
O trailer de lançamento foi lançado no dia 21, rotulando “o próximo capítulo do fenômeno mundial” como “o jogo mais esperado da história”. Em 19 de junho de 2018, a versão Xbox 360 de Call of Duty: Modern Warfare 3 foi compatível com versões anteriores no Xbox One.